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Hitzestress bei Kühen - Anforderungen der Milchkühe an
sommertaugliche Außenklimaställe
Steffen Pache1; Sylvia Rössner2; Ottfried Hörig1
1Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, FB Tierische Erzeugung, Am Park 3, 04886 Köllitsch
2Hochschule für Technik und Wirtschaft, FB Landbau / Landespflege, Pillnitzer Platz 2, 01326 Dresden
Problemsicht
Der genetische Fortschritt sowie neue Haltungs- und Fütterungstechnologien in der Milchrindhaltung
ermöglichten in den vergangenen Jahren einen rasanten Anstieg der Milchleistungen auf
über 10.000 l je Tier und Jahr. Dies erfordert in der Hochlaktation eine Synthese von über 50 l
Milch je Tier und Tag. Energetisch betrachtet ist für diese Tagesleistung ein Input von >300 MJ
umsetzbare Energie erforderlich. Gut 2/5 wird während des Stoffwechsels in Wärme umgewandelt,
die von der Hochleistungskuh an die Umgebung abgeführt werden muss. Um das Wärmeentsorgungsproblem
der Milchkuh zu minimieren, wurden in den letzten Jahren wieder verstärkt Außenklimaställe
ohne Wärme gedämmten Wand- und Dachflächen in leichter Bauweise propagiert.
Trotz der verbesserten Sommerluftwechselraten durch den Einbau von Ventilatoren kommt es in
diesen Außenklimaställe an warmen Sommertagen zu Belastungssituationen der Hochleistungskuh
(Futterverweigerung, kein Widerkauen, kurzatmiges Stehen in der Liegebox oder an den Stallöffnungen),
die eine Verringerung der Milchleistung sowie der Gesundheitsstabilität zur Folge
haben (WEIHER u.a. 2003).
In einer vergleichenden Studie wurde das Thermoregulationsverhalten von Hochleistungskühen in
einem Außenklima- und einem geöffneten Massiv-Stalles unter Berücksichtigung der Strahlungstemperatur
(tr) untersucht. An Hand der physiologischen Reaktionen (Radiation, Körperkerntemperatur
und Atemfrequenz) wurden die individuellen Belastungssituationen aufgezeichnet und
im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Stallbauweisen diskutiert.
Material und Methode
Eine genaue Analyse der Wirkung des Umgebungsklimas eines Stallgebäudes auf die Wärmebelastung
eines homeothermen Organismus setzt die Kenntnis der Klimagrunddaten – Lufttemperatur,
mittlere Strahlungstemperatur, Luftgeschwindigkeit und absolute Luftfeuchte – und deren
Dynamik voraus. Nach FITZNER (2002) gewinnt die Strahlungstemperatur zur Beurteilung der
thermischen Behaglichkeit im Zusammenhang mit der Schwere der Bauweise an Bedeutung. In
Anlehnung an die Normen zur Messung und Bewertung von warmen Umgebungsklima auf die
thermische Behaglichkeit des Menschen (ISO 7730) wurde die dort beschriebene Methode für den
Tierhaltungsbereich adaptiert.
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Für die Untersuchung wurden zwei Stallanlagen ausgewählt, die dem Typ des Leichtbau- und des
Massiv-Stalles entsprechen (Tabelle 2). Die Gebäude befinden sich in einer vergleichbaren Klimaregion
und haben eine Nord-Süd-Ausrichtung der Firstlinie. Das Außenklimadaten (Lufttemperatur,
relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit; Globalstrahlung) wurde an jedem Standort mit einer
agrarmeteorologischen Wetterstation aufgezeichnet.
In beiden Boxenlaufställen wurden jeweils eine Station zur Behaglichkeitsmessung nach ISO 7730
in einer zentralen Liegebox installiert und die Momentanwerte in 10-Minuten-Intervallen über die
Untersuchungsperiode vom April bis September 2005 aufgezeichnet.
Tabelle 2: Charakteristik der Stallanlagen und Stichproben
Leichtbau-Stall (A) Massiv-Stall (B)
Bautyp /
Jahr
Außenklimastall, 1998 Wärmegedämmter L203, 1968
Umbau zum Boxenlaufstall 1996
Stalltyp 2 x 2 reihiger Boxenlaufstall für 126
Kühe, Trauf-First- und Querlüftung,
Breite: 25 m breit; Länge: 62 m
3 + 1 reihiger Boxenlaufstall für 178
Kühe mit Schacht- und Querlüftung,
Breite: 21 m breit; Länge: 74 m
Fussboden Betonspaltenboden, Hochliegeboxen
mit Komfortgummimatten
Betonlaufflächen mit Faltschieber,
Hochliegeboxen mit
Komfortgummimatten
Wände Stallwand bis auf 1,70 m verbrettert,
bis zur Traufhöhe 3,20 m offen;
Nordgiebel: Spaceboard,
Südgiebel: gemauert
Süd-, West und Nordwand aus
Betonschlackesteinen,
Westwand: offenes Fensterband,
Ostwand: vollflächig geöffnet
Dach rote Faserzementplatten mit
integrierten Lichtbändern und
Lichtkuppelfirst
rote Faserzementplatten auf
Brettbinderkonstruktion mit isolierter
Zwischendecke
Stichprobe 25 Hochleistungskühe,
im Mittel 43,7 kg Milch bei 59,4
Laktationstagen
25 Hochleistungskühe,
im Mittel 49,4 kg Milch bei 65,7
Laktationstagen
Die Berechnung der Strahlungstemperatur (tr) erfolgte nach der Gleichung [1] unter
Berücksichtigung der Konvektion.
tr = [( tg + 273 )4 + 2.5 * 108 * va
0.6 * ( tg – ta )]1/4 – 273 [1]
tr = mittlere Strahlungstemperatur in °C nach ISO 7726
tg = Globe- oder Schwarzkugel-Temperatur in °C
ta = Trockentemperatur in °C
va = Windgeschwindigkeit in m/s
Aggregiert zu mittleren Stundenwerten wurden die Stallklimagrößen den jeweiligen Außenklimadaten
zugeordnet. Für die Auswertung konnten 1.824 vollständige Datensätze für 76 Untersuchungstage
genutzt werden.
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Zur Quantifizierung des Umgebungsklimas auf die Hochleistungskuh wurden in jeder Herde 25
Probanden ausgewählt und mit einer Infrarotbildkamera die individuelle Radiation nach der bei
RÖSSNER (2005) beschriebenen Methode an ausgewählten Tagen in fünf Warmperioden (mind.
drei auf einander folgende Tage mit Tagestemperaturen >25 °C) vermessen. Gleichzeitig wurden
die Körperkerntemperatur (Rektaltemperatur) sowie die Atemfrequenz der Probanden ermittelt.
Ergebnisse
Die Außenklimadaten an den beiden Standorten zeigten in den ausgewerteten Warmperioden bis
auf die Windgeschwindigkeit (D0,53 ±0,96 m/s) keine signifikanten Unterschiede. Am Standort A
wehte der Wind etwa doppelt so stark als am Stall B. Trotzdem wurden im Leichtbau-Stall (A)
signifikant höhere Luft- und Strahlungstemperaturen sowie auch die höhere Windgeschwindigkeiten
gemessen. Die relative Luftfeuchte lag in den beiden Ställen auf vergleichbarem Niveau und
unterschied sich nicht signifikant. (Tabelle 3)
Tabelle 3: Stall- und Außenklimadaten für den Leichtbau- (A) und für den Massiv-Stall (B)
Leichtbau-Stall (A) Massiv-Stall (B)
Tages- Tages-
Einh. Summen Mittel Summen Mittel
Stallklimagrößen
Lufttemperatur (ta) °C 415,0
(±107,9)
17,29
(±4,50)
392,5
(±105,9)
16,35
(±4,41)
Strahlungstemperatur (tr) °C 474,2
(±101,6)
19,76
(±4,23)
421,1
(± 99,3)
17,55
(±4,14)
Windgeschwindigkeit (va) m/s 26,7
(± 5,74)
1,07
(±0,17)
12,5
(± 3,99)
0,52
(±0,17)
Relative Luftfeuchte
(RH)
% 69,44
(±7,09)
72,67
(±7,96)
Außenklimagrößen
Lufttemperatur (ta) °C 351,2
(±112,1)
14,63
(±4,57)
347,8
(±113,2)
14,49
(±4,72)
Globalstrahlung (Rg) W/m² 5406,9
(±1796)
5255,3
(±1619)
Windgeschwindigkeit (va) m/s 57,2
(±22,93)
2,38
(±0,96)
43,1
(±14,39)
1,80
(±0,60)
Relative Luftfeuchte
(RH)
% 70,67
(±7,83)
73,41
(±9,38)
Beim Vergleich einzelner Wetterperioden wurde deutlich, dass trotz höherer Globalstrahlung am
Standort des Massiv-Stalles die mittleren Tagestemperaturen (ta und tr) im Leichtbau-Stall signifikant
höher waren.
An Beispiel eines heißen Sommertages (Tageshöchsttemperatur ~30 °C) aus einer mindesten
3-tägigen Warmperiode wurden die Auswirkungen der Globalstrahlung auf den Wärmehaushalt
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des Stallgebäudes, auf die Stallklimagrößen sowie auf die Wärmeabstrahlung, die Körperkerntemperatur
bzw. die Atemfrequenz der Hochleistungskühe dargestellt.
Leichtbau-Stall
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Stunden
ta bzw. tr in °C
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Globalstrahlung in W/m²
Lufttemperatur Strahlungstemperatur Globalstrahlung
Abbildung 3: Tagesgang der Globalstrahlung sowie der Luft- und Strahlungstemperatur im
Leichtbau-Stall
Im Leichtbau-Stall stieg die Lufttemperatur von 17,2 auf 33,8 °C und die Strahlungstemperatur auf
38,7 °C an. Über 7 Stunden wurden Lufttemperaturen deutlich über den kritischen Wert von 32 °C
im Stall gemessen. Für die auf der Haut der Tiere wirksam werdende Strahlungstemperatur von
über 32 °C hielt die Belastung 10 Stunden an. (Abbildung 3)
Die Kühe verdoppelten bis in die Abendstunden ihre Atemfrequenz (68,2 ±9,7 Züge/min), die
Körperkerntemperatur stieg (39,7 ±0,74 °C)an und die Möglichkeit der Wärmeabstrahlung ging
deutlich zurück.
Die Temperaturverläufe im Massiv-Stall (Abbildung 4) waren dagegen flacher und erreichten nur
Spitzenwerte von 31,3 °C, obwohl höhere Globalstrahlungsspitzenwerte gemessen wurden.
Erwartungsgemäß verblieb die Strahlungstemperatur auf dem Niveau der Lufttemperatur, lag
jedoch in den Nachtstunden leicht darüber, ein Indiz für die Wärmeabgabe der umschließenden
Bauelemente in den Stallraum.
Ebenso wurde nur geringe Anstiege der Atemfrequenz, jedoch kein Anstieg der Rektaltemperatur
bei den Hochleistungskühen im Massivstall beobachtet. Auch war die Wärmestrahlungsintensität
der Massivstall-Probanden signifikant höher als in der Vergleichsgruppe im Außenklimastall.
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Massiv-Stall
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Stunden
ta bzw. tr in °C
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Globalstrahlung in W/m²
Lufttemperatur Strahlungstemperatur Globalstrahlung
Abbildung 4: Tagesgang der Globalstrahlung sowie der Luft- und Strahlungstemperatur im
Massiv-Stall
Fazit
Wie bereits von Haake (2002) dargestellt, ist der Wärmeeintrag in Stallgebäude durch die
Globalstrahlung an warmen Sommertagen erheblich. Bei Leichtbau-Ställen führt dies umso mehr
zur Belastung der Thermoregulationsmechanismen von hoch leistenden Kühen. Bei
Strahlungstemperaturen über 36 °C im Stall kommt die Radiation zum Erliegen, die Atemfrequenz
verdoppelt sich, die Rektaltemperatur steigt individuell über 40 °C und die Kuh kann nur noch über
eine erhöhte Verdunstungsrate die metabolische Wärme abführen.
Bei künftigen Neu- oder Umbauten von modernen Milchvieh-Laufställen wird empfohlen, auf die
Verringerung der Strahlungstemperatur zu achten, z.B. durch ein wärmegedämmtes Dach, dem
Einsatz von Berieslungsanlagen zur Tierkühlung und Kälte speichernden Bauelementen.
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Literatur
ISO 7726 (2001): Ergonomics of the thermal environment – Instruments for measuring physical
quantities.
ISO 7730 (2003): Ergonomics of the thermal environment – Analytical determination and
interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal
comfort
Rössner, S. (2005): Untersuchungen zur Thermoregulation von Milchkühen.- Diplomarbeit an der
HTW Dresden (FH), FB Landbau / Landespflege,
Weiher, O.; Flor, J. (2003): Einfluss von Temperatur auf die Milchleistung, Verhaltensnormen für
die Haltung.- Milchpraxis, H. 3, S. 128-131
Anschrift des Autors:
Dr. Steffen Pache
Landesanstalt für Landwirtschaft Sachsen
Am Park 3, 04886 Köllitsch
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