Forschungs- und Innovationsprojekt
Stallbaufragen der Zukunft – Forschungsstall CowREAD

Die Abbildung zeigt die gerenderte Außenansicht von Südosten auf den neuen Forschungsstall CowREAD. Zu sehen ist die Holzfassade, die den Besucherbereich kennzeichnet sowie die mit weißen Curtains versehene Südfassade des Futtertisches bzw. des Sonderbereichs mit den Abkalbebuchten im Nordosten. Im Hintergrund in Blickrichtung Norden sind die bestehenden Gebäude des Gruber Milchviehstalls sowie die Kälberställe zu sehen.

Neubau Forschungsstall für die Milchviehhaltung in Grub (CowREAD), (Rendering: archplanviz 2023)

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die drängenden Fragen in der Nutztierhaltung (Schwerpunkt Milchvieh) in Bayern und deren Integration in den neuen Forschungsstall CowREAD in Grub wissenschaftlich geklärt.

Zielsetzung

Im Forschungsprojekt "Stallbaufragen der Zukunft – Forschungsstall CowREAD" werden drängende Themen zur Umweltwirkung, zur Haltung und zum Landwirtschaftlichen Bauwesen im Kontext der Weiterentwicklung einer zukunftsfähigen Milchviehhaltung in Bayern bearbeitet.
Im AP 1 Emissionsarme Laufflächen (EmiFloor) werden emissionsmindernde Lauffläche hinsichtlich Kuhkomfort und Minderung von Ammoniakemissionen gemeinsam mit einem Hersteller mittels eines zu errichtenden Teststands neuentwickelt.
Im AP 2 Weide und AMS wird zunächst der Status quo auf Praxisbetrieben erhoben, die das automatische Melken mit der Weidehaltung kombinieren. Ungeklärte Fragen seitens der Betriebe sollen identifiziert werden und im Forschungsstall CowREAD baulich-technisch verortet werden.
Im AP 3 Stallklima und Prüfstand Holzbau wird die baulich-technische Ausgestaltung von Milchviehställen zur Optimierung des Stallklimas (Klimazonen, freie Lüftung, sommerlicher Hitzeschutz) untersucht. Darüber hinaus werden gemeinsam mit der TUM die ingenieurtechnischen und architektonischen Details entwickelt, um den Forschungsstall CowREAD künftig als Prüfstand für Dauerstandsversuche von unterschiedlichen Holzbauprodukten nutzen zu können.
In AP 4 Implementierung der Forschungsergebnisse in Ausführungsplan des neuen Forschungsstalls CowREAD werden alle für die Planung und Errichtung des Forschungsstalls CowREAD baulich-technisch relevanten Ergebnisse aus den Teilprojekten gebündelt und in den weiteren Planungsprozess implementiert. Damit dient das Projekt einerseits der Lösung drängender Probleme in der Milchviehhaltung, ermöglicht im Vorfeld der Planung die baulich-technische Optimierung des Forschungsstalls CowREAD und generiert Basisdaten für die künftig dort durchgeführten Forschungsprojekte.

Methoden

Ein Stallbaukonzept für eine zukunftsfähige Milchviehhaltung, mit dem gesellschaftliche (Tierwohl, Umweltschutz, Naturschutz) und betriebswirtschaftliche Herausforderungen (Management) gelöst werden sollen, ist mit vielen offenen Fragen bezüglich der Praxistauglichkeit neuer, aber auch bestehender baulich-technischer Maßnahmen behaftet. Dieses Forschungsvorhaben soll best-practice Lösungen für die zukünftige Milchviehhaltung aufzeigen, die anschließend im Forschungsstall CowREAD hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit geprüft bzw. im Rahmen umfassender Forschungsprojekte untersucht werden sollen.

AP1 Emissionsarme Laufflächen (EmiFloor) (LfL ILT 2b)

In diesem Arbeitspaket steht die Entwicklung einer emissionsarmen Lauffläche mit Kot-Harn-Trennung im Fokus, welche die Zielkonflikte Emissionen und Tierwohl vereint. Dazu soll wie folgt vorgegangen werden:
  • Erfassung von Praxiserfahrungen zur Kot-Harn-Trennung in der RinderhaltungNationale und internationale Betriebsbesichtigungen sollen Aufschluss über die Praxistauglichkeit von Laufflächen mit Kot-Harn-Trennung in der Rinderhaltung geben. Mithilfe geführter Betriebsinterviews sollen Erfahrungen der Betriebsleiter erfasst werden, welche anschließend in Beratungsunterlagen einfließen. Zudem dienen die gewonnenen Erkenntnisse der Weiterentwicklung einer bereits am Markt verfügbaren emissionsmindernden Lauffläche.
  • Entwicklung einer Versuchseinrichtung zur Erfassung des Emissionsminderungspotentials emissionsarmer Böden unter standardisierten Bedingungen
    Die Entwicklung und Überprüfung der Laufflächen zur Minderung der Ammoniak-Emissionen im Stall wird in Zusammenarbeit mit der Firma Huber Technik Vertriebs GmbH gestaltet. Eine Versuchseinrichtung im Labormaßstab „EmiFloor“ soll die Prüfung und Weiterentwicklung einer emissionsarmen Lauffläche ermöglichen. Die Ammoniakfreisetzung auf der Lauffläche mit Kot-Harn-Trennung soll mittels dynamischer Hauben unter standardisierten Bedingungen erhoben werden, um die Reproduzierbarkeit und die Robustheit der Forschungsergebnisse absichern zu können. Anschließend sollen die Laufflächen hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit (Potential der Kot-Harn-Trennung bzw. Minderung der Ammoniakfreisetzung, Reinigungsleistung, etc.) weiterentwickelt werden. Mithilfe der Versuchseinrichtung „EmiFloor“ soll zusammen mit der Firma Huber Technik eine emissionsarme Lauffläche in kurzer Zeit, ohne großen betriebswirtschaftlichen und baulichen Aufwand entwickelt werden, die am Ende des Forschungsvorhabens in den Forschungsstall CowREAD integriert und unter Praxisbedingungen getestet werden kann.

AP 2 Weide und AMS (LfL)

Um sowohl der Praxis einen schnellen Wissenszuwachs zu ermöglichen als auch die Forschungsfragen fundiert bearbeiten zu können, sind verschiedene methodische Ansätze sinnvoll:
Eine Erfassung des Status quo des Weide- und Anlagenmanagements bei AMS-Betrieben in Bayern soll mittels Umfrage und Betriebserhebungen durchgeführt werden.
Für die Beratung und die Praxis soll diese Erfassung einen Einblick zum Umfang der Weidenutzung, zu Lösungsansätzen im baulich-technischen Bereich sowie im Management von Weide und Melksystem geben. Im Gegensatz zu anderen Erhebungen soll ein besonderer Schwerpunkt auch auf den Hemmnissen liegen, die eine Weidenutzung reduzieren oder verhindern oder schon verhindert haben.
Für die Forschung lassen sich auf Basis der Status quo Erfassung die Fragestellungen präzisieren. Da in der Praxis Szenarien der Ausgestaltung von Weide und AMS wie beispielsweise ein zusätzliches AMS oder Selektionseinrichtungen aufgrund der Kosten und des Risikos i.d.R. nicht in verschiedenen Varianten ausprobiert werden können, sollten diese Möglichkeiten im Forschungsstall CowREAD etabliert werden. Hierzu fließen die im Rahmen der Untersuchungen identifizierten Varianten und baulich-technischen Lösungen in die konkrete Ausgestaltung des neuen Forschungsstalls ein, so dass die Anlage bereits mit seiner Fertigstellung bestmögliche Voraussetzungen für die Bearbeitung der Fragestellungen bietet.
Drüber hinaus können im Forschungsstall insbesondere das Ressourcenangebot im Stall (Platz, Futterangebot, Melkkapazität, etc.) variiert werden, so dass diese Einflussgrößen nicht mehr nur aus Praxisvergleichen abgeleitet werden können, sondern durch eine direkte Variation unter kontrollierten Versuchsbedingungen.

AP 3 Stallklima und Prüfstand Holzbau

Stallklima - Gebäudedurchströmung
Mit dem erfolgreichen Bauantrag ist die Gebäudehülle des neuen Forschungsstalls CowREAD hinsichtlich Standort, Ausrichtung, umgebender Bebauung / Vegetation, mehrhäusiger Bauweise / Teilbaukörper / Lage nicht überdachter Auslaufflächen und Baukörpergeometrie / Höhe / Dachneigung definiert.
Diese Standort- bzw. Gebäudeparameter fließen in eine entsprechende CAD-gestützte Planung für ein Modell zur Untersuchung im Grenzschichtwindkanal an der TUM, Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik ein. Im Grenzschichtwindkanal der TUM können die Strömungsverhältnisse eingestellt werden, die hinsichtlich der Vertikalprofile von Windgeschwindigkeit und Turbulenz maßstäblich die realen Windverhältnisse nachbilden. Im Detail werden für die charakteristische Windrichtungen die Verteilung der zeitlich gemittelten Druckbeiwerte an den Fassaden und in den Dachbereichen ermittelt.
Über Untersuchungen zur reinen Funktionssicherheit der nicht überdachten Ausläufe bzw. der angrenzenden Funktionsbereiche (Liegeflächen, Futtertisch) hinaus, werden im Rahmen sog. „Komfortmessungen“ durch Messsonden im Modell die Luftvolumenströme aus der freien Anströmung und deren Richtung bzw. Geschwindigkeit im Tierbereich für unterschiedliche Öffnungsszenarien der Curtains erfasst.
Stallklima - Simulation bzw. baulich-technische Maßnahmen gegen sommerlichen Hitzestress
Im Vorfeld der baulich-technischen Realisierung bzw. zur Unterstützung der ab Herbst 2023 erfolgenden Ausführungsplanung wird für die Anlage auf Grundlage der o. g. Gebäudeparamater, zzgl. der Eigenschaften der eingesetzten Baumaterialien (Stahlbeton, Gummimatten, Holz etc.), eine Gebäudesimulation für die zu erwartenden Hitzestress-Stunden durchgeführt. Dabei wurden bisherigen Annahmen, wie der mehrschichtige Aufbau für das Gründach weiterentwickelt. Für eine zukunftsorientierte Milchviehhaltung wichtig sind die bisher rein hypothetisch formulierten Maßnahmen (z. B. Konservierung der nächtlichen Abkühlung durch längere Verschlusszeiten der Curtains), die in die aktuellen Simulationen weiter vertieft und am Ende in der gebauten Anlage, in Kombination mit einer intelligenten Steuerung der Curtains und gleichzeitigen Schadstoffkonzentrationsmessung, validiert werden können.
Prüfstand Holz
Gemeinsam mit Vertretern der TUM, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion werden folgende Demonstrations- und Versuchsanstellungen erarbeitet:

Demonstration

  • Ausführung des Tragwerks aus unterschiedlichen Holzarten zur Demonstration der Robustheit der Bauteile
  • Integration stationärer Messtechnik zur Langzeiterfassung der Holzfeuchte als Indikator für die Dauerhaftigkeit der konstruktiv wirksamen Bauteile

Prüfstand Holzbau

  • Ingenieurtechnische / architektonische Entwicklung von, das Haupttragwerk ergänzenden Einbausituationen für die Erprobung von austauschfähigen Holzbauteilen unter den typischen Gebrauchsbedingungen landwirtschaftlicher Nutzgebäude in Anlehnung an DIN 68800-2 zur Erreichung des Status von Dauerstandversuchen
  • Integration stationärer Messtechnik zur dauerhaften Erfassung der Holzfeuchte als Indikator für die Dauerhaftigkeit der konstruktiv wirksamen Bauteile
  • Abstimmung / Bedarfsermittlung der periferen Datenerfassung und sonstigen haustechnischen Infrastruktur zur Durchführung der künftigen Holzfeuchte-Monitoringprojekte

AP 4 Implementierung der Forschungsergebnisse in Ausführungsplan des neuen Forschungsstalls CowREAD

Die zukünftigen Versuchsfragestellungen und Zwischenergebnisse aus den Arbeitspaketen 1 bis 3 werden mit Beginn der sog. Ausführungsplanung ab Herbst 2023 laufend in den Planungsprozess des neuen Forschungsstalls CowREAD einfließen und sich bis zum Einbau der entsprechenden baulich-technischen Maßnahmen, der notwendigen technischen Infrastruktur für die durchzuführenden Datenerfassung (Tierbeobachtung, Messdaten) bis Projektende fortsetzen.

Ergebnisse

Mit ersten Ergebnissen wird im Winter 2024 gerechnet.

Projektinformation

Projektleitung: Architekt Jochen Simon, LfL ILT 4c Landwirtschaftliches Bauwesen
Projektbearbeitung: Diana Andrade, LfL ILT 2b Emissionen und Immissionsschutz, Dr. Jan Harms, LfL ILT 4a Produktionssysteme und Informationszentrum Tier & Technik, Agnes Sixt, LfL ILT 4a Produktionssysteme und Informationszentrum Tier & Technik
Kooperationspartner: Huber Technik Vertriebs GmbH
Laufzeit: 2023 - 2026
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Forsten und Tourismus
Förderkennzeichen: A/23/13