Verbundprojekt Hitzestress bei Rindern

Untersuchung und Bewertung technischer Maßnahmen zur Reduzierung des Hitzestresses bei Rindern

Das Rind hat aufgrund seiner Verdauung eine sehr hohe Wärmeproduktion. Zusätzlich wirkt die Sonne auf den Milchviehstall ein, so dass sich die Umgebungstemperatur im Stallinneren erhöht. Bereits ab 16 °C können erste Anzeichen beobachtet werden. Die Kuh sucht „angenehmere“ Plätze auf und wirkt unruhiger. Ab einer Temperatur von ca. 20 °C können die Kühe die selbst produzierte und aufgenommene Wärme nur durch erhöhte physiologische und unterstützende Verhaltensreaktionen an die Umgebung abgegeben werden. Es entsteht eine zunehmende Belastungssituation für das Tier. Der Übergang von der normalen physiologischen Adaption über eine Belastung bis zum Stress ist dabei fließend.

Grafische Darstellung der möglichen Formen der Wärmeproduktion und Wärmeabgabe

Die Kühe in Bayern waren in den vergangenen Jahren im Mittel ca. 900 Stunden pro Jahr Hitzestress-Situationen ausgesetzt. Dies wird sich in den nächsten Jahren weiter verschärfen. Es liegt daher am Tierhalter, bauliche und technische Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um die Hitzebelastung der Tiere im Sommer bestmöglich zu lindern, um weiterhin mit gesunden und hochleistenden Tieren Milch produzieren zu können.
Ziel der Projekte war es deshalb, bauliche und technische Maßnahmen zur Reduzierung des Hitzestresses zu untersuchen und zu bewerten. In den folgenden Absätzen werden Lösungsansätze vorgestellt.

Auswirkung auf das Tier

Kühe produzieren viel Körperwärme aufgrund hoher Stoffwechselleistung; mit steigender Milchleistung erhöht sich Körperwärmeproduktion (ca. 31 Prozent der aufgenommenen Energie wird in Wärme umgesetzt). Am wohlsten fühlt sich die Milchkuh in einem Bereich von vier bis 16 Grad. Hier muss die Kuh ihre Körpertemperatur nicht regulieren.
Bei mehr als 16 Grad gibt die Kuh Körperwärme über Verdunstung durch erhöhte Atmung oder Schwitzen ab.
Auch die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung wirkt begrenzend. Die Kuh kann ihre Körperwärme nicht mehr in ausreichendem Maße abgeben, da Lufttemperatur und / oder relative Luftfeuchtigkeit in ihrer Umgebung zu hoch sind.
Kühe produzieren viel Körperwärme aufgrund hoher Stoffwechselleistung; mit steigender Milchleistung erhöht sich Körperwärmeproduktion (ca. 31 Prozent der aufgenommenen Energie wird in Wärme umgesetzt). Am wohlsten fühlt sich die Milchkuh in einem Bereich von vier bis 16 Grad. Hier muss die Kuh ihre Körpertemperatur nicht regulieren.
Bei mehr als 16 Grad gibt die Kuh Körperwärme über Verdunstung durch erhöhte Atmung oder Schwitzen ab.
Auch die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung wirkt begrenzend. Die Kuh kann ihre Körperwärme nicht mehr in ausreichendem Maße abgeben, da Lufttemperatur und / oder relative Luftfeuchtigkeit in ihrer Umgebung zu hoch sind.

Wie zeigt sich Hitzestress und seine Folgen?

  • Die Kuh versucht über vermehrtes Atmen Wärme abzugeben (Verdunstungskühlung) → Atemfrequenz steigt weit über physiologische normalen Bereich (Gefahr einer respiratorischen Alkalose: dabei kommt es zu einer Störung des Säure-Basen-Verhältnis, was eine erhöhte Krankheitsanfälligkeit nach sich ziehen kann.)
  • Um die eigene Körperwärme zu verringern, frisst die Kuh weniger; so sinkt auch die Milchleistung
  • Die Kuh trinkt mehr: pro Temperaturanstieg um ein Grad werden zirka 1,2 kg Wasser mehr aufgenommen
  • Körpertemperatur steigt insgesamt an (Hyperthermie)
  • Durch erhöhte Körpertemperatur und stressbedingten Anstieg der Kortisolkonzentration im Blut → Reduzierte Reproduktionsleistung (abnormale Zyklen, verminderte Fruchtbarkeit, erhöhte embryonale Sterblichkeit)
  • Änderung des Verhaltens → aktives Suchen nach „angenehmeren“ Plätzen, verringerte Liegezeiten, da im Liegen weniger Körperoberfläche zur Wärmeabgabe zur Verfügung

Wie beurteilt man die Gefährdung durch Hitzestress?

  • Verschiedene Klimaparameter beeinflussen, ab wann Hitzestress für Kühe entsteht, z. B. Lufttemperatur, rel. Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Wärmeeinstrahlung.
  • Um festzulegen, wann eine Hitzestresssituation vorliegt und wie hoch das Gefährdungspotential für die Tiere ist, wurde der TH-Index (Temperature-Humidity-Index) entworfen, der sich aus Lufttemperatur und rel. Luftfeuchtigkeit berechnen lässt.
  • THI bietet die Möglichkeit, die vorliegende Belastung für das Tier einzuschätzen.

Lüftung durch Ventilatoren

Durch den Einsatz von Ventilatoren, die in den Außenwänden eingebaut werden, um „frische“ Außenluft in den Stall einzubringen, kann der Luftaustausch erhöht werden. Dadurch werden zum einen der Wärmeabtransport und die Luftqualität verbessert, zum anderen kann die Luftfeuchtigkeit aus dem Stall transportiert werden, was sich zusätzlich positiv auf die gefühlte Temperatur auswirkt.
Um eine gleichmäßigere Frischluftverteilung im Gebäude zu erreichen, können Schlauchlüftungen herangezogen werden. Nachdem Schlauchlüftungen als Niederdruck-Belüftungssystem arbeiten, reagieren diese Anlagen stark auf anstehenden Winddruck von außen und können vollständig zum Erliegen kommen. Bei relativ geschlossenen Gebäuden können Schlauchlüftungen jedoch durchaus sehr gute Lüftungsergebnisse erzielen. Um die geforderten Luftwechselraten einhalten zu können, sind Schlauchlüftungen so berechnet, dass die Anlage konstant 24 Stunden an 365 Tagen im Jahr in Betrieb ist.

Kühlung

Kühlung durch Ventilatoren

Die Wärmeabgabe der Tiere kann durch Ventilatoren unterstützt werden, wodurch die gefühlte Temperatur zurückgeht. Dabei muss darauf geachtet werden, dass auf dem Tier eine Luftgeschwindigkeit von mindestens 2 m/s erreicht werden muss, um überhaupt einen Abkühlungseffekt zu erhalten.
Um einen bestmöglichen Abkühlungseffekt zu erzielen, werden die Ventilatoren in Abhängigkeit des spezifischen Leistungsspektrums des jeweiligen Ventilators über den Liegeboxenreihen in einem Abstand von max. 15 m eingebaut. Sie werden dabei mit einem Winkel von 15 – 25 ° nach vorne geneigt, um die nötige Luftgeschwindigkeit in den Tierbereich zu leiten. Wenn der Ventilator mit der Unterkante seines Rahmens auf 2,70 m über den Liegeflächen angebracht wird, kann aus Sicht der Berufsgenossenschaft auf ein Schutzgitter verzichtet werden, was die notwendigen Reinigungs- und Wartungsarbeiten deutlich vereinfacht Der erste Ventilator sollte direkt in die Giebelwand oder 1,50 m von der Giebelwand entfernt eingebaut werden um den Gegendruck („Ansaugwiderstand“) möglichst gering zu halten. Wenn die Möglichkeit besteht, die erste Ventilatorenreihe bereits in die Giebelwand einzubauen, kann zusätzlich von außen Frischluft in den Stall eingebracht werden. Hier muss der Ventilator dann gegen Niederschlag geschützt werden.

Grafik Einbauempfehlung für Ventilatoren in Längsrichtung

Einbauempfehlung für Ventilatoren in Längsrichtung

Grafik Anordnung von Ventilatoren in Längsausrichtung

Anordnung von Ventilatoren in Längsausrichtung
Eine dritte Möglichkeit, die Ventilatoren im Stall zu platzieren ist die Queranordnung. Durch diese Anordnung kann eine Kühlung mit einer Unterstützung der Querlüftung kombiniert werden. Hier sind im Vergleich zur Längsausrichtung mehr Ventilatoren nötig, um eine möglichst gleichmäßige Durchströmung des Gebäudes zu erreichen. Ein weiterer Nachteil ist auch, dass die Laufflächen ebenfalls stark bewirkt werden, was eine höhere Ammoniakemission und ein schnelles Abtrocknung der Flächen nach sich zieht, was wiederum Nachteile beim Reinigen der Flächen hervorruft.

Grafische Darstellung der Anordnung von Ventilatoren in Querausrichtung

Anordnung von Ventilatoren in Querausrichtung
Nicht nur neu gebaute Ställe können mit Ventilationsanlagen zur Kühlung ausgestattet werden. Auch ältere Ställe können durch den gezielten Einsatz von Ventilatoren deutlich aufgewertet und dadurch den Ansprüchen der Tiere gerechter werden.
Wie bei regulierbaren Wandöffnungen sollte auch bei Ventilationsanlagen eine automatische Steuerung vorgesehen werden, die die Ventilatoren nach den Temperaturansprüchen der Tiere steuert und den Landwirt von der täglichen Entscheidung entbindet. Auf dem Markt sind bereits mehrere Steuerungen verfügbar, die hierzu herangezogen werden können.
Nachdem Ventilationsanlagen betriebsindividuell angepasst werden sollten, um die optimale Wirkung zu erzielen, empfiehlt es sich, professionelle Unterstützung bei der Auswahl und Platzierung der Ventilatoren in Anspruch zu nehmen.
Bei der Auswahl des für den Betrieb geeigneten Ventilators helfen die Ergebnisse der Messungen, die im Rahmen des Projekts durchgeführt wurden.

Verdunstungskühlung

Eine weitere Möglichkeit, den Tieren eine Abkühlung zu verschaffen, besteht durch den Einsatz der Verdunstungskühlung. Hier wird zwischen Niederdruck- und Hochdruckanlagen unterschieden, wobei der Abkühleffekt auf dem gleichen physikalischen Prinzip beruht. Je wärmer und trockener Umgebungsluft dabei ist, desto besser wirkt die Verdunstungskühlung. Deshalb ist ein ausreichender Luftwechsel ist im Stall unbedingt sicher zu stellen.

Veröffentlichungen

Projektinformationen
Projektförderung: StMELF
Finanzierung: StMELF
Förderkennzeichen: A/13/11, A/15/30
Projektlaufzeit: 01.07.2013 – 31. 03. 2020
Projektleiter: Dr. Jan Harms
Projektbearbeiter: Stephanie Geischeder, Michael Kutzob, Peter Stötzel, Johannes Zahner