Weniger ist mehr: Präzisere Messung des Stallklimas durch Sensoren an den richtigen Stellen
Wo sollte ein Sensor positioniert werden, um möglichst viel über die
Luftströmung in einem Stall zu verraten? Mehr Sensoren liefern zwar mehr
Daten, aber nicht zwangsläufig mehr Erkenntnisse. Forschende des Leibniz-
Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. haben nun einen
datengestützten Ansatz entwickelt, der die Messpositionen identifiziert,
die die meisten Informationen liefern. Damit legen sie einen Grundstein
für ein effizienteres Umweltmonitoring und zukünftige Minderungsmaßnahmen
für Schadgase in der Tierhaltung.
Nicht mehr, sondern besser messen.
Wer Luftströmungen und damit die Ausbreitung schädlicher Gase in einem
Stall messen möchte, steht vor einer großen Herausforderung: Luft ist
ständig in Bewegung, ändert mit jedem Windstoß die Richtung und erzeugt je
nach Gebäudestruktur komplexe Strömungsmuster und Wirbel. Theoretisch
müssten überall Messungen durchgeführt werden. Gleichzeitig machen dichte
Sensornetzwerke Messkampagnen teuer und sind oft nicht praktikabel. Die
entscheidende Frage lautet daher: Wo sollten Sensoren platziert werden, um
die relevantesten Informationen zu erfassen?
Forschende des ATB haben dazu eine neue Methode in der Fachzeitschrift
„Smart Agricultural Technology“ veröffentlicht. Dr. Long Chen,
Wissenschaftler am ATB und Erstautor der Studie, erklärt: „Wir wollten
nicht einfach so viele Strömungssimulationen wie möglich berechnen,
sondern solche, auf die wir uns verlassen können. Mithilfe der
Computational Fluid Dynamics, kurz CFD, berechneten wir die Luftbewegung
bei verschiedenen Windrichtungen und Strömungsbedingungen in einem
natürlich belüfteten Milchviehstall. Diese Simulationen validierte unser
hervorragendes Team im großen Grenzschicht-Windkanal des ATB. Erst als die
Computersimulationen und die Windkanalmessungen vergleichbare Ergebnisse
lieferten, erzielten wir auch eine zuverlässige Referenzdatenbank. Mit
Messungen allein im Stall hätten wir eine solche Genauigkeit kaum
erreichen können.“
Erkennen, wo Daten besonders wertvoll sind
Auf der Grundlage der validierten Simulationen entwickelten die
Forschenden ihren eigentlichen Ansatz. Sie nutzten die Shannon-Entropie,
ein mathematisches Maß für den Informationsgehalt. Anstatt zu fragen, wo
sich die Luft besonders schnell bewegt, fragten sie, wo sich ihr Verhalten
unter verschiedenen Windbedingungen am deutlichsten ändert. Genau an
diesen Stellen versprechen Sensoren die meisten Informationen. Diese
Messpunkte stehen in Zusammenhang mit der lokale mittlere Luftverweildauer
– einem wichtigen Indikator für die Belüftungsqualität, der beschreibt,
wie lange die Luft durchschnittlich im Stall verbleibt.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei der in dieser Studie untersuchten
Stallkonfiguration bereits 15 bis 20 sorgfältig positionierte Sensoren
fast denselben Informationsgehalt liefern können wie ein deutlich
dichteres Messnetz. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten, das
Stallklima sowohl präzise als auch kosteneffizient zu überwachen“, so Dr.
Long Chen.
Eine Grundlage für bessere Maßnahmen zur Emissionsminderung
Die Studie zeigt, wie gezielte Strömungssimulationen in konkrete
Empfehlungen für die praktische Anwendung umgesetzt werden können. Davon
profitieren nicht nur zukünftige Forschungsprojekte. Langfristig legt der
Ansatz auch den Grundstein für effizientere Umweltmonitoringsysteme in
Stallgebäuden. Zuverlässigere Informationen über Luftströmungsmuster
können zudem die Bewertung von Belüftungssystemen verbessern und die
Entwicklung gezielter Maßnahmen zur Emissionsminderung unterstützen.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr Long Chen
Wissenschaftler am ATB
Telefon: +49 331 5699-524
E-Mail:
Originalpublikation:
Chen, L.; Thormann, L.; Amon, T.; Yi, Q.; Wu, W.; Janke, D. (2026): CFD-
informed sensor placement optimization for predicting local mean age of
air in naturally ventilated livestock buildings. Smart Agricultural
Technology. (August): p. 102319. Online:
https://doi.org/10.1016/j.atec
