Die partielle Unterflurabsaugung zur Senkung der Emissionen und Verbesserung des Tierschutzes bei natürlich belüfteten Rinderställen : DBU-Endbericht ; Förderkennzeichen 33789

Versauerung und Stickstoffanreicherungen im Erdreich und in Gewässern sind Belastungen der Ökosysteme, die auf Ammoniakemissionen zurückgeführt werden können. Durch die Vorgabe des Europäischen Rates, diese Ammoniakemissionen zu verringern, wächst der Druck auf Deutschland, Reduktionspotentiale zu schaffen. Die Landwirtschaft ist die größte Quelle der Emission von Ammoniak. Besonders die Rinderhaltung tritt im landwirtschaftlichen Bereich in den Fokus. Ihr wird ein Anteil von gut der Hälfte der Freisetzung von Ammoniak zugeschrieben. Mehr als ein Drittel davon entfallen auf den Stall und die Güllelagerung. Eine Möglichkeit Emissionen im Bereich des Rinderstalls zu reduzieren, bietet die partielle Unterflurabsaugung. Die hohen Ammoniakkonzentrationen im Güllebereich werden dabei unter dem perforierten Boden abgesaugt und einem Abluftwäscher zugeführt. Da die windinduzierte natürliche Belüftung im Oberflurbereich weiterhin stattfindet, dabei aber die Ammoniakbelastung reduziert ist, werden die Emissionen gesenkt und Tierschutzaspekte berücksichtigt. In Zusammenarbeit mit der Norddeutschen Bauernsiedlung GmbH (NBS) wurde ein Rinderstall für 255 Tiere entworfen, in den eine partielle Unterflurabsaugung integriert worden ist. Dieser Stall wurde in das Simulationsprogramm STAR-CCM+ der Firma Siemens PLM übertragen, um die Wirkungsweise der Absaugung untersuchen und gegebenenfalls optimieren zu können. Dafür wurden zunächst Testsimulationen an einer reduzierten Geometrie vorgenommen, in denen sowohl die Vernetzung untersucht als auch die Auswahl und Validierung der numerischen Modelle durchgeführt worden ist. Diese Erkenntnisse wurden dann auf die erzeugte Stallgeometrie übertragen. Aufgrund geringer Rechnerkapazitäten konnte erst nur ein Teilsegment des Stalls untersucht werden. Hier hat sich gezeigt, dass die Vernetzungsrichtlinien aus den Testsimulationen nicht auf die Stallgeometrie übertragbar waren. Eine erneute Untersuchung und Variation dieser Richtlinien am Teilsegment des Stalls führten schließlich zu konvergierten und physikalisch richtigen Ergebnissen. Im weiteren Projektverlauf konnte die zur Verfügung stehende Rechnerkapazität ausgebaut werden. Zunächst konnten Ressourcen des Norddeutschen Verbunds für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Nach Ablauf der Lizenzen dort liefen die Simulationen auf dem in der Zwischenzeit aufgebauten Großrechner am Thünen-Standort in Braunschweig. Durch die erhöhte Rechenleistung konnten nun weitere Varianten und Konfigurationen simuliert werden. Ein Hauptpunkt stellte dabei die Simulation des gesamten Stalls und dessen Vergleich zu den Rechnungen am Segment dar. An diesem Modell wurde außerdem die Richtung der Anströmung variiert, um den Einfluss auf die Ammoniakemissionen und die Möglichkeiten der Reduzierung durch die Unterflurabsaugung zu erkennen. Darüber hinaus beleuchteten weitere Untersuchungen den Einfluss von Jalousien und Windschutznetzen auf das Strömungsgeschehen in und um den Stall. Eine Betrachtung von Schwachwindtagen ohne natürliche Durchströmung des Stalls schloss die Untersuchungen ab. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass durch die partielle Unterflurabsaugung der Ammoniakmassenstrom aus dem Stall in die Umgebung gesenkt werden kann. Dies gilt auch für eine abweichende Anströmung von der Hauptwindrichtung. Hier bietet eine lokale Regelung der Ventilatoren im Unterflurbereich die Möglichkeit, auf entstehende Rezirkulationszonen im Oberflurbereich reagieren zu können, um die Emissionen aus dem Stall noch weiter zu senken...