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MIT WENIGER ENERGIE ZU GLEICH VIEL MILCH


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#Ö - ökologisch erfolgreich - epaper ⋅ Ausgabe 3/2022 vom 20.08.2022
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1 Ventilatoren im Kuhstall verbrauchen viel Energie, steigern aber auch die Milchleistung der Kühe.

Ein Rinderstall benötigt Energie – zum Beispiel für die Beleuchtung, Lüftung, Entmistung und die Milchgewinnung. In erster Linie wird hierbei elektrische Energie eingesetzt. Mit Melken, Reinigen und Kühlen verbraucht die Milcherzeugung am meisten Strom: 250 bis 400 kWh pro Kuh und Jahr. Viele Betriebe haben sogar einen höheren Verbrauch und damit ein hohes Einsparpotential. Dieses lässt sich nicht nur durch Neuanschaffungen ausschöpfen. Oftmals hilft es schon, die bereits vorhandene Technik, zum Beispiel den Milchvorkühler, zu optimieren.

Vorkühlung der Milch ist sinnvoll

Vorkühler entziehen der Milch Wärme, indem kühles Brunnen- oder Stadtwasser entgegen der Flussrichtung an der Milch vorbeigeführt wird. Wie schnell und auf welche Temperatur die Milch gekühlt werden kann, hängt von der Temperatur und Menge des Kühlwassers sowie der einlaufenden Milch ebenso ab wie von der Vorkühlerkapazität. ...

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... Beispielsweise kann die Milch bei einem Milch-Wasser-Verhältnis von etwa 1:1, einer Wassertemperatur von 11 °C und einer Milcheinlauftemperatur von 33 °C auf etwa 15 °C abgekühlt werden. Steht mehr Wasser je Liter Milch zur Verfügung, wird zwar die Milch weiter abgekühlt, aber die Kühlwirkung je Liter Wasser sinkt. Die Kühlwirkung der Vorkühler ist umso besser, je kälter das Wasser ist.

Das Energieeinsparpotential dieser Milchvorkühlung im Vergleich zu einer normalen Kühlanlage liegt bei etwa 1 kWh pro 100 l Milch. Daraus resultiert je nach Herdenleistung schnell ein Einsparpotential von 100 kWh pro Kuh und Jahr. Dies entspricht in etwa 25 % des gesamten Strombedarfs von bis zu 400 kWh pro Kuh und Jahr für die Milchgewinnung und ist damit die größte Stellschraube zum Energiesparen. Aus diesem Grund ist es in der Regel betriebswirtschaftlich interessant, einen Vorkühler einzusetzen.

Vorkühler gibt es in verschiedenen Ausführungen als Rohr- oder Plattenkühler. Plattenkühler haben häufig eine größere Oberfläche und damit mehr Wärmetauschfläche als Rohrkühler. Sie kühlen die Milch also schneller runter. Dafür müssen Milch und Wasser beim Plattenkühler engere Durchgänge passieren, die schnell verstopfen, wenn Fremdkörper wie Stroh oder Schmutz hineingeraten. Deshalb ist es sinnvoll, vor den Milchzulauf des Plattenkühlers einen Filter zu schalten. Dieser verhindert auch während der Anlagenreinigung, dass Schmutzteilchen zu Verstopfungen führen. Falls das Kühlwasser Fremdkörper enthält, ist es sinnvoll, vor dem Wasserzulauf einen weiteren Schmutzfilter einzubauen. Die Reinigung der Vorkühler erfolgt zusammen mit der Melkanlage. Auf eine ausreichende Leistungskapazität der Reinigungsanlage ist hierbei zu achten.

Die vom Vorkühler abzukühlende Milchmenge ist auf die Leistung der Milchförderpumpe (Liter/h) bei der Milchausschleusung abzustimmen, um eine gute Kühlarbeit zu gewährleisten. Die Größe und damit die Leistung eines Plattenkühlers kann durch die Plattenanzahl verändert und an den Milchanfall angepasst werden. Rohrkühler werden dagegen nur in einer Baugröße angeboten. Wenn die Leistung eines Rohrkühlers nicht ausreicht, muss parallel ein zweiter Kühler installiert werden.

Große Stellschraube: Die Milchvorkühlung kann durchaus etwa 1 kWh pro 100 l Milch einsp aren.

Vorkühler werden in der Milchleitung zwischen dem Milchabscheider und dem Milchtank verbaut. Es ist sinnvoll, sie mit einer nachgeschalteten Wärmerückgewinnungsanlage zu kombinieren. In der Regel werden Vorkühler in der Milchkammer frostfrei platziert. Falls sie an der Wand montiert werden sollen, muss man auf eine ausreichende Tragfähigkeit achten.

Vorkühler werden in der Milchleitung zwischen dem Milchabscheider und dem Milchtank verbaut. Es ist sinnvoll, sie mit einer nachgeschalteten Wärmerückgewinnungsanlage zu kombinieren. In der Regel werden Vorkühler in der Milchkammer frostfrei platziert. Falls sie an der Wand montiert werden sollen, muss man auf eine ausreichende Tragfähigkeit achten.

Das im Vorkühler erwärmte Wasser sollte direkt der Viehtränke zugeführt werden, indem es den Kühen unmittelbar nach dem Melken in einem großem Tränkebecken angeboten wird. Alternativ kann der Vorkühler in den Tränkekreislauf eingebunden werden, wie es bei Melkroboterbetrieben üblich ist. Eine Zwischenlagerung, beispielsweise in einem Pufferbehälter, sollte, wenn überhaupt, nur von kurzer Dauer sein, um zu vermeiden, dass sich im Wasser Keime vermehren.

Eine drehzahlgesteuerte Milchförderpumpe kann die Effektivität des Vorkühlers steigern, indem sie die Milchfördermenge entsprechend des Füllstandes im Milchabscheider regelt. Ziel ist es, die Milch möglichst gleichmäßig und ohne Pause durch den Vorkühler zu schicken, wodurch sich die Milchtemperatur um weitere 1 bis 2 °C senken lässt. Jedoch liegt der Anschaffungspreis für die Steuerung bei etwa 3.000 Euro, sodass sie sich oft erst ab einer Milchmenge von einer Million Kilogramm im Jahr wirtschaftlich lohnt.

Drehzahlgesteuerte Milchförderpumpen verbessern die Vorkühlung, lohnen sich aber nur bei viel Milch.

Ist die mögliche Wasserdurchflussmenge (Liter/h) des Wasseranschlusses begrenzt, weil der Wasserdruck oder der Leitungsquerschnitt zu gering sind, verliert der Vorkühler an Effektivität. Ebenso vermindern verstopfte Wasserdurchgänge oder Vorkühler mit zu kleiner Oberfläche den Abkühleffekt. Um zu überprüfen, ob der Vorkühler noch richtig arbeitet, misst man in regelmäßigen Abständen die Milcheinlauftemperatur in den Milchtank. Sie sollte in etwa der Wassertemperatur vor dem Vorkühler plus 4 °C entsprechen. Bei einer Wassertemperatur von 11 °C sollte der Vorkühler die Milch also auf mindestens 15 °C abkühlen.

Mangelhaft arbeitende Vorkühler verringern den Nutzen zum Teil erheblich. Zudem besteht die Gefahr, dass die Kühlleistung des Milchtanks an sehr warmen Sommertagen nicht ausreicht, weil die erforderliche Kältemaschinengröße unter Berücksichtigung eines funktionierenden Vorkühlers berechnet wurde. Die Milch wird dann nicht zügig genug auf Lagertemperatur abgekühlt. Gleichzeitig läuft die Kältemaschine sehr lange und erhöht damit den Stromverbrauch.

Milchkühlung im Lagertank

Um die Milch im Lagertank zu kühlen, gibt es mit der Eiswasserkühlung und der Direktkühlung zwei bewährte Möglichkeiten. Aufgrund des geringeren Wirkungsgrades liegt der Stromverbrauch etwas höher bei der Eiswasser- als bei der Direktkühlung. Dafür hat die Eiswasserkühlung einen geringeren Anschlusswert.

Die Milchtankgröße sollte zu den betrieblichen Bedingungen passen. Bei Milchabholung im zweitägigen Rhythmus und ganzjähriger Abkalbung genügen etwa 70 l Milchtankvolumen pro Kuh. Das Kälteaggregat des Milchtanks ist an einem kühlen Ort mit einer guten Luftzirkulation aufzustellen. Achten Sie auf die Sauberkeit des Kälteaggregats – Staub und Spinnweben reduzieren den Wirkungsgrad. Es sollte auch stets ausreichend Kältemittel im Kühlkreislauf zirkulieren. Regelmäßige Wartungen stellen sicher, dass die Leistungsfähigkeit der Geräte erhalten bleibt.

Vakuumversorgung beim Melken

Der Stromverbrauch beim Melken kann durch den Einsatz drehzahlgesteuerter Vakuumpumpen gesenkt werden. Diese Pumpen richten ihren Stromverbrauch nach dem tatsächlichen Bedarf aus. Reicht beispielsweise während des Melkens zeitweise ein geringeres Vakuum aus, verringert die Vakuumpumpe ihre Drehzahl und reduziert somit auch die Stromabnahme.

“Unter Berücksichtigung von Kosten und Nutzen, sind Vorkühler in der Regel sehr lohnenswert.”

Alfons Fübbeker, LWK Niedersachsen

Die durchschnittliche mögliche Stromeinsparung drehzahlgesteuerter Pumpen liegt bei Lamellenpumpen etwa bei 40 % und bei Drehkolbenpumpen bei circa 50 % im Vergleich zu einer Pumpe ohne Drehzahlsteuerung. Allerdings rechnen sich drehzahlgesteuerte Vakuumpumpen in der Regel erst ab Melkzeiten von über drei Stunden pro Tag, da sie circa 3.500 Euro mehr kosten als nicht drehzahlgesteuerte Pumpen.

Einsparpotential bieten auch die Milchtanks: Deutlich zu große Tanks verursachen unnötige Kosten für die Reinigung, die etwa 1,5 l warmes Wasser je 100 l Tankinhalt braucht.

Warmwasserbedarf für die Reinigung

Der Warmwasserbedarf und die erforderliche Wassertemperatur richten sich nach dem Bedarf für die Melkanlagen- und Milchtankreinigung, für die Kälbertränke sowie für das Händewaschen. Für die Melkanlagenreinigung mittels Zirkulations- oder Kochendwasserreinigung benötigen Betriebe meist den größten Anteil warmen Wassers. Beide Verfahren verbrauchen etwa gleich viel Energie für die Warmwasserbereitung. Bei der Zirkulationsreinigung wird für die Hauptreinigung eine größere Wassermenge auf etwa 70 °C erwärmt, bei der Kochendwasserreinigung dagegen eine geringere Wassermenge auf über 90 °C.

Meist ist es sinnvoll, eine Wärmerückgewinnungsanlage einzusetzen, da einerseits die Milch gekühlt und andererseits das Wasser für die Reinigung erwärmt werden muss. Diese Anlage entzieht der Milch die Wärme und erhitzt mit dieser Energie das Wasser. Wassertemperaturen um die 45 °C erreicht sie ohne zusätzlichen Aufwand. Für die Reinigung der Melkanlage oder des Milchtanks braucht es jedoch höhere Temperaturen, also auch zusätzliche Energie. Zwar können Wärmerückgewinnungsanlagen das Wasser sogar auf höhere Temperaturen von beispielsweise 60 °C erwärmen, verbrauchen dann allerdings etwa 15 bis 20 % mehr Strom bei der Milchkühlung. Im Sinne des Energiesparens sollte das vermieden werden.

Besser geeignet sind Durchlauferhitzer oder Standspeicher, die hinter der Wärmerückgewinnungsanlage installiert werden. Sie erwärmen das Wasser beispielsweise auf die für die Zirkulationsreinigung angestrebte Eingangstemperatur von etwa 70 °C. Diese Geräte können mit Strom, Flüssiggas oder Erdgas betrieben werden. Die für die Kochendwasserreinigung erforderlichen Wassertemperaturen von über 90 °C sind dagegen nur mit Strom zu erreichen.

Stromverbrauch richtig beurteilen

In den letzten Jahren haben viele Milchviehbetriebe Techniken installiert, die den Stromverbrauch zusätzlich zum Strombedarf für die Milchgewinnung erhöhen – beispielsweise Ventilatoren, die die Wärmebelastung der Tiere verringern. Der Strombedarf für die Ventilatoren kann schnell bei 80 kWh pro Kuh und Jahr liegen, da die Tiere erst ab Luftgeschwindigkeiten von 2 m/s und ausreichender Anzahl an Ventilatoren vom Kühleffekt profitieren. Trotzdem übersteigt der Nutzen, allein durch die höhere beziehungsweise nicht abgefallene Milchleistung, häufig die anfallenden Kosten.

In ähnlicher Größenordnung kann der Stromverbrauch zunehmen, wenn mit Wasseraufbereitungsanlagen zur Enteisenung gearbeitet wird. Auch Beleuchtungsprogramme erhöhen den Stromverbrauch. Hier ist aber ebenfalls ein Nutzen gegenüberzustellen. Der Strombedarf für Beleuchtung, Kuhbürsten, Güllerührwerke, -pumpen und -schieber oder die Warmwasserbereitung für die Kälbertränke fällt bezogen auf den Gesamtstromverbrauch weniger ins Gewicht und bietet in der Regel keine großen Einsparpotentiale. Um den Stromverbrauch einzelbetrieblich einordnen zu können, teilt man zunächst den Jahresstromverbrauch durch die Anzahl der Kühe (kWh/Kuh/Jahr). Anschließend kann das Ergebnis unter Berücksichtigung der eingesetzten Techniken beurteilt werden. ■

Auf einen Blick: Energie sparen bei der Milcherzeugung

Mit dem Einsatz eines Vorkühlers lässt sich im Milchviehstall am meisten Energie einsparen (25 %). Unter Berücksichtigung von Kosten und Nutzen, sind Vorkühler in der Regel sehr lohnenswert. Auch frequenzgesteuerte Vakuumpumpen und Wärmerückgewinnungsanlagen verringern den Energieverbrauch. Milchkühltanks mit einer Direktkühlung verbrauchen weniger Strom als solche mit einer Eiswasserkühlung.