Beleuchtungstechnik für Schweineställe

Im modernen Schweinestall treffen unterschiedlichste Ansprüche an die Beleuchtungstechnik auf­einander. Das Beleuchtungsmanagement muss ökonomisch sein und den Ansprüchen von Mensch und Tier genügen, wobei die gesetzlichen Vorschriften nicht unterschritten werden dürfen.

Licht beeinflusst das Schwein über zwei biologische Mechanismen: Die visuelle Wahrnehmung und die Lichtwirkung auf die Physiologie der Tiere. Beide Aspekte haben Einfluss auf das Wohlbefinden und die Produktionsleistung des Tieres. Der gesetzliche Mindeststandard für die Beleuchtung von Schweineställen ist in der TierSchNutztV unter § 22 und § 26 geregelt. Darüber hinaus sind die Anforderungen an die die Arbeitssicherheit und den Arbeitskomfort zu beachten. Beleuchtung im Schweinestall wird über folgende Merkmale definiert:

• Farbspektrum – sichtbarer Anteil der elektromagnetischen Strahlung
• Beleuchtungstärke – die Intensität, mit der der Stall beleuchtet wird
• Photoperiode – Beleuchtungsdauer in Stunden am Tag.

Des Weiteren bestehen besondere Ansprüche an die Lichttechnik. Die optimale Beleuchtung ist ökonomisch verträglich und gleichzeitig beständig gegenüber äußeren Einflüssen.

Tabelle 1: Lichtfarbengruppen von Lampen

Als weitere Kenngrößen im Schweinestall sind der Farbwiedergabe-Index Ra sowie die Lichtdauer, oftmals als Photoperiode bezeichnet, zu betrachten. Der höchstmögliche Wert des Farbwiedergabe Index ist mit Ra = 100 definiert und gibt die Farben der Umgebung, der Objekte oder als Beispiel der Haut natürlich und unverfälscht wieder. Die Lichtdauer beschreibt die Zeit, in der ein bestimmtes Beleuchtungsniveau sichergestellt ist. In der Tierhaltung wird dabei zwischen Langtag (long day, LT) und Kurztag (short day, KT) unterschieden. Der Langtag ist durch eine Beleuchtungsdauer von > 12 Std./Tag und der Kurztag durch eine Beleuchtungsdauer von < 12 Std./Tag definiert.

Tabelle 2: Zusammenfassung der wichtigsten lichttechnischen Kenngrößen in der Tierhaltung (eigene Darstellung)

Der Einsatz verschiedener Spektren ist seit der Verfügbarkeit von LED-Leuchten in der Schweinehaltung deutlich interessanter geworden. Das Spektrum muss den Bedürfnissen von Mensch und Tier angepasst werden. Der Konflikt besteht darin, dass der Mensch als „Trichromat“ eine deutlich größere Farbvielfalt wahrnehmen kann als das Schwein als Dichromat (Deeg, 2010; Rössler et al., 2013). Das Auge des Schweines ist anatomisch dafür gebaut, Farben zu unterscheiden, allerdings in deutlich geringerem Maße als beim Menschen. Schweine sind Dichromaten und besitzen zur Farbwahrnehmung zwei unterschiedliche Rezeptoren. Diese ermöglichen ein Sehen im Blau-, Grün- und Gelbbereich. Der Mensch verfügt als Trichromat über drei unterschiedliche Rezeptoren zur Farbwahrnehmung und kann zusätzlich im Rotbereich unterschiedliche Farbtöne wahrnehmen.

Ob und wie genau Schweine Farben wahrnehmen, bleibt nur zu vermuten. Es liegt aber nahe, dass sie über die Farbwahrnehmung Rot-Grün-Blinder Menschen verfügen und somit rot als Graustufen wahrnehmen. Das Farbspektrum spielt beim Schwein vermutlich eine untergeordnete Rolle, da sich das Schwein wahrscheinlich an der Helligkeit orientiert und nur wenige Farben wie blau signifikant erkennen kann. Welchen einzelnen Einfluss die Spektralbereiche auf das Wohlbefinden oder den Hormonstatus der Schweine hat, ist bislang nicht erforscht. Beim Menschen löst die Farbtemperatur verschiedene Stimmungen aus. So wirkt das warme rötliche Licht (3.300 K) entspannend und einschläfernd, während das kalte helle Licht motivierend (> 5.300 K) und arbeitssteigernd wirken soll (ZVEI e.V., 2016). Zum optimalen, sicheren Arbeiten und zum frühzeitigen Erkennen von Tiersignalen wie z. B. Krankheiten, Vulva Röte, Blut, etc. sollten Lampen mit einem Farbwiedergabeindex von mindestens R_a 80 verwendet werden.

Die Lichtintensität richtet sich nach den gesetzlichen Mindestvorgaben, dem Bedarf des Menschen und des Tieres. Während die gesetzlichen Vorgaben und die Arbeitssicherheit als Mindestkriterium angesehen werden, gibt es bei dem Bedarf des Tieres einen Minimal- und einen Maximalwert. Des Weiteren wurden Präferenzen für die verschiedenen Aufenthaltsbereiche ermittelt. Der Minimalwert gibt an, wieviel Licht das Schwein zur Orientierung im Stall benötigt. Schweine sind dämmerungsaktive Tiere und besitzen ein entsprechendes Sehsystem. Die visuelle Wahrnehmung spielt bei Schweinen eine untergeordnete Rolle. Verglichen mit dem Menschen besitzen Schweine eine geringere Sehschärfe. Schweine benötigen in bekannten Gebieten kein Licht zur Orientierung. Aufgrund der hohen Stäbchendichte, sind sie in der Lage nachts sehr gut zu sehen. Sie nehmen sich und ihre Umwelt hauptsächlich über den Geruch und das Gehör wahr. In Präferenzversuchen wählten die Schweine immer den dunkelsten Bereich zum Ruhen und Schlafen aus. Die aktive Phase verbrachten sie unabhängig von der Beleuchtungsintensität (Taylor et al.,2006). Es wird vermutet, dass Schweine bei geringsten Lichtmengen zwischen Tag und Nacht unterscheiden können. Dies konnte ebenfalls über das Melatoninprofil im Blut ab der von der EU geforderten Mindestbeleuchtung von 40 lx nachgewiesen werden (Tast et al., 2001). Eine Steigerung der Beleuchtungsstärke hat laut aktueller Forschung keinen positiven Effekt auf die Leistung oder das Wohlbefinden gebracht. Das Auge des Schweins ist auf schwache Lichtverhältnisse und Dämmerungssehen spezialisiert. Versuche ergaben, dass Schweine unter Beleuchtungsstärken > 600 lx Stresssymptome zeigen (Dureau et al., 1996; Borell et al., 2015). Zu hohe Beleuchtungsintensitäten sind zu vermeiden.

Beim Menschen ist sicherzustellen, dass er die zu verrichtende Arbeit sicher und ohne Einschränkung ausführen kann. Hier sollte zwischen Behandlungsbereiche und Kontrollbereiche unterschieden werden.

• Behandlungsbereich ➝ > 200 lx:
  • Abferkelung, hinter der Sau zur Geburtskontrolle.
  • Deckzentrum, hinter der Sau zur Erkennung der Vulvarötung etc.

• Kontrollbereich ➝ > 50 lx:
  • Wartungsgänge zur Tierkontrolle

In der Natur unterliegen Wildschweine einem von der Photoperiode gesteuerten saisonalen Fortpflanzungszyklus. Die Rausche findet in den kurzen Tagen der Wintermonate statt. In den langen Tagen der Sommermonate kommt es immer wieder zu saisonalen Schwankungen in der Trächtigkeit der konventionellen Schweinehaltung. Es ist daher zu vermuten, dass das domestizierte Hausschwein immer noch saisonale Einflüsse des Wildschweins besitzt. Eine optimale Photoperiode ist förderlich, um die Sommerschwankungen zu umgehen. Der Fortpflanzungszyklus ist extrem störanfällig gegen externe Einflüsse. Hitzestress und eine längere Photoperiode sind vermutlich die Hauptfaktoren hierfür. In Versuchen zwischen kontrolliertem Langtag (LT = Licht > 40 lx über 12 Stunden) und Kurztag (KT = Licht > 40 lx unter 12 Stunden) konnten weder Differenzen noch der Sommereinbruch festgestellt werden. Wenn Schweine ab 40 lx zwischen Tag und Nacht unterscheiden, könnte einfallendes Licht durch Fensterflächen das Lichtprogramm im Sommer beeinflussen und somit vermutlich die Rausche behindern. Damit wäre der Effekt der Beleuchtung unwirksam. Vorteile eines Langtages während der Besamung und Trächtigkeit sind nicht bekannt. Daher sollte aus ökonomischer Sicht ein konstanter KT von 8 -12 h Licht/Tag bis zur Abferkelung gefahren werden.

Zur Abferkelung gibt es unterschiedliche Aussagen. So zeigte der LT einen positiven Effekt auf die Aktivität der Ferkel, was aber nur in manchen Versuchen zu höheren Zunahmen führte. Ein KT ist von den Energiekosten gesehen günstiger. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf. Daher können beide, der KT aus energiesparender Sicht und der LT, um die Aktivität der Ferkel zu steigern, empfohlen werden. Ein LT von 14 – 16 h kann bei Absatzferkeln empfohlen werden, da die Tageslänge einen positiven Effekt auf die Tageszunahmen hat. Masteber nahmen unter einem kontrollierten Langtag- oder Kurztagbeleuchtung signifikant zu. Bei abnehmenden Tagen erreichten sie hoch signifikant eher die Geschlechtsreife. Um den Ebergeruch und eine erhöhte Aggressivität zu vermeiden, ist daher ein kontrollierter LT optimal. Jungsauen erreichten die Geschlechtsreife eher unter einem KT. Komplette Dunkelheit bewirkt allerdings einen negativen Effekt auf die Geschlechtsreife.

Das Tierschutzgesetz verpflichtet den Tierhalter, Tiere artgemäß unterzubringen und deren Leben und Wohlbefinden zu schützen. Diese Ansprüche werden für die Nutztierhaltung unter der TierSchNutztV genauer erläutert. Demnach müssen Stallneubauten über tageslichteinfallende Flächen verfügen, die über 3 % der Stallgrundfläche entsprechen. Ist dies aus bautechnischen Gründen nicht machbar, muss dem Tier künstliche Beleuchtung von 80 lx über mindestens 8 h/Tag im Aufenthaltsbereich zur Verfügung stehen. Die Photoperiode muss dem Tagesrhythmus angepasst sein und jedes Tier soll ungefähr von der gleichen Lichtmenge erreicht werden. Die restliche Zeit soll nur so viel Licht vorhanden sein, wie die Schweine zur Orientierung brauchen (TierSchNutztV, 2016).

Nach EU-Richtlinie 208/120/EG müssen Schweine für 8 h/Tag unter mindestens 40 lx gehalten werden.

Dabei ist zu beachten, dass auch in der Hellphase dunklere Ruhebereiche zur Verfügung stehen, da die Tiere zum Ruhen dunklere Bereiche aufsuchen.

Da der Stall ebenfalls als Arbeitsplatz für den Menschen dient, gelten die Technischen Regeln für Arbeitsstätten ASR 3.4 aus der Arbeitsstättenverordnung. Dabei sind folgende Mindestanforderungen an die Beleuchtungsstärken und Farbwiedergabeindizes für die verschiedenen Arbeitsbereiche einzuhalten [ASR3.4]:

Tabelle 3: Empfehlungen der Arbeitsstättenverordnung (ASR3.4) zur mittleren Beleuchtungsstärke Ēm sowie des Farbwiedergabeindex Ra

Zusätzlich sind Blendungen und Reflexionen zu minimieren, da diese zu Unfällen führen können. Eine weitere Gefährdungsquelle kann durch Flimmern und Pulsation von Leuchten entstehen, da diese zur Ermüdung oder zum Nichterkennen von sich drehenden Teilen (stroboskopischer Effekt) führen können. Auch sind Schattenbildungen zu begrenzen, weil diese Gefahrenquellen überdecken [ASR3.4].

Die Norm DIN EN 12464-1 „Licht und Beleuchtung – Beleuchtung von Arbeitsstätten – Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen“ empfiehlt folgende Werte für handwerkliche Tätigkeiten in der Landwirtschaft:

Tabelle 4: Empfehlungen der DIN Norm zur mittleren Beleuchtungsstärke Ēm, der Gleichmäßigkeit U0 sowie des Farbwiedergabeindex Ra

Anhand des aktuellen Kenntnisstandes ist folgende Empfehlung abzuleiten. Der Einfluss des Farbspektrum auf das Schwein ist nach aktuellem Wissensstand noch nicht ausreichend erforscht. Beim Menschen ist die Farbwiedergabe entscheidend für die rechtzeitige Wahrnehmung von Tiersignalen. Daher sollten nur Leuchten verwendet werden, die einen Farbwiedergabeindex größer als Ra 80 besitzen. Des Weiteren kann die Ermüdung des Mitarbeiters über die Farbtemperatur reduziert werden. Die Farbtemperatur sollte nach Möglichkeit während der Tierbehandlung auf > 5.300 K eingestellt sein.
Die Lichtintensität ist den gesetzlichen Mindestanforderungen von 80 lx über 8 h/Tag anzupassen. Die Bucht sollte in verschiedene Beleuchtungsbereiche aufgeteilt werden. Konstante 80 lx oder eine Erhöhung der Lichtintensität hat eher einen negativen Effekt auf das Tierwohl. Außerhalb der 8 h/Tag kann für Lichtprogramme die Beleuchtungsintensität auf 40 lx reduziert werden, da dies für die Schweine ausreichend ist, um zwischen Tag und Nacht zu unterscheiden. Während der Nachtruhe ist kein Licht erforderlich, da Schweine sich anhand des Geruches und nicht von visuellen Reizen orientieren. Die Behandlungsbereiche hinter der Sau sollten zusätzlich mit Lampen ausgestattet sein, die während der Behandlungsphase die Beleuchtung auf > 200 lx erhöhen. Für Kontrollarbeiten sind 50 lx ausreichend. Fensterflächen haben vermutlich durch den starken Lichteinfall (> 2.500 lx) einen negativen Einfluss auf das Wohlbefinden der Schweine. Direkte Sonneneinstrahlung sollte daher vermieden werden.

Die Photoperiode sollte im Deck- und Wartebereich konstant auf 8 – 12 h Licht/Tag geschaltet werden. Durch längere Tage konnten keine Verbesserungen der Tierleistung oder des Wohlbefindens festgestellt werden. Daher ist aus ökonomischer Sicht ein KT von 8 – 12 h Licht/Tag zu empfehlen. Zum Abferkelbereich gibt es hingegen divergierende Aussagen. Hier ist ein LT (14 – 16 h Licht/Tag) aufgrund der gesteigerten Ferkelaktivität zu empfehlen. Jungsauen erreichen unter KT (< 8 – 12 h Licht/Tag) die Geschlechtsreife früher, daher ist dies für die Jungsauenaufzucht optimal.

Im Flat Deck und in der Mast ist ein kontrollierter LT (14 – 16 h Licht/Tag) zu empfehlen. In Versuchen konnte durch den LT die Geschlechtsreife der Eber hinausgezögert und dadurch die Aggression unter den Tieren gesenkt werden. Des Weiteren wurden signifikant höhere Tageszunahmen bei kontrollierter im Vergleich zu unkontrollierter Beleuchtung festgestellt.

In allen Produktionsbereichen hat der unkontrollierte Lichteinfall durch Fensterflächen vermutlich Auswirkungen auf das Tag- und Nachtempfinden der Tiere. Daher sollte der zu erwartende Lichteinfall durch Fensterflächen auf das Beleuchtungsprogramm abgestimmt sein.

Ein weiteres Problem besteht darin, wann und wo die 80 lx zur Prüfung gemessen werden soll. Die Beleuchtungsintensität im Stall schwankt je nach Fensterfläche, der Himmelsrichtung, der Verschmutzung und dem Abstand zur Lichtquelle stark. Unter diesen Bedingungen, ist eine gesetzliche Standardisierung von 80 lx und dessen Prüfung nicht haltbar. Vermessung und Bewertung von Beleuchtung sind sehr komplex. Die Beleuchtungsstärke reicht als alleinige Messgröße nicht aus, um die Beleuchtungssituation im Schweinestall zu bewerten, da sie nichts über den tatsächlichen Helligkeitseindruck des Tieres aussagt.

In allen Bereichen besteht erheblicher Forschungsbedarf. Besonders der Einfluss der Beleuchtungsintensität auf das Wohlbefinden des Schweins muss dringend untersucht werden. Unkontrollierter starker Lichteinfall durch Fensterflächen könnte Stress und Leiden beim Schwein verursachen und wäre damit laut § 1 des TierSchG tierschutzwidrig.

Der Energiebedarf auf landwirtschaftlichen Betrieben spiegelt mittlerweile ca. 4 – 6 % der Gesamtkosten wieder. Die Beleuchtung ist mit bis zu 9 % der Energiekosten ein nicht zu unterschätzender Faktor (KTBL, 2014). In landwirtschaftlichen Gebäuden müssen die Leuchten über einen möglichst langen Zeitraum unter erschwerten Bedingungen sicher funktionieren. Daher sind Leuchten bei der Anschaffung immer anhand IP-Schutzarten für die jeweilige Benutzung auszuwählen (Tabelle 5). Die Energieeffizienz (lm/W) ist wichtig, um die Effizienz der Leuchten zu unterscheiden.

Es wird empfohlen, dass die im Schweinestall verwendeten Leuchten mindestens eine Schutzart von IP67 aufweisen (Tabelle 5). Sie müssen dabei den erhöhten Anforderungen bei Reinigung und Desinfektion standhalten.

Tabelle 5: IP-Schutzarten

Grundsätzlich ist bei der Auswahl der Stallleuchten zwischen drei Einsatzgebieten zu unterscheiden.

• Die Flächenbeleuchtung im Tagesprogramm, 80 lx über 8 h/Tag bzw. 2.920 h/Jahr
• Die Kontrollleuchte (zu Kontroll- und Wartungsarbeiten)
• Die Stimulationsleuchte im Deckzentrum

Je nach Einsatzgebiet sind unterschiedliche Leuchten Typen zu empfehlen.

Tabelle 6: Flächenkostenvergleich

Bei Investitionen sollte eine professionelle Lichtplanung erstellt werden (Abbildung 3), da nur die optimale Platzierung und Auswahl der Leuchten zu dem langfristig wirtschaftlich besten Ergebnis führen kann.

Kontrollleuchte

Da Kontrollleuchten nur wenige Minuten am Tag leuchten, ist in diesem Fall der Anschaffungspreis der limitierende Faktor. Die Stromkosten bei 30 Minuten Leuchtdauer am Tag (183 h/Jahr) belaufen sich auf 0,16 €/m² (664 W/m²) je Jahr. Aufgrund des günstigen Anschaffungspreis von ca. 20,00 € belaufen sich die Kosten je m²/80 lx auf 0,41 €/Jahr. Daher ist in diesem Fall die Standard Leuchtstoffröhre (58 W) zu empfehlen. Ab 600 Betriebsstunden pro Jahr lohnt sich die Investition in hochwertige LED-Leuchten.

Stimulationsleuchte

In vielen Fällen, wie z. B. bei der Stimulationsbeleuchtung im Deckzentrum, besteht für den Landwirt die Möglichkeit, mit einer geringeren Lichtmenge auszukommen. Daher kann die Leuchtstoffröhre eins zu eins gegen eine LED-Röhre ausgewechselt werden. Dabei ist der Return on Investment nach 4.494,38 Betriebsstunden möglich (8 h/Tag; 1,5 Jahre).

Neben speziellen LED-Leuchten werden häufig LED-Retrofit-Produkte vertrieben. Als LED-Retrofit- Produkte werden Leuchtmittel bzw. „Nachbauten“ von Leuchtmitteln bezeichnet, die bspw. Klassische Leuchtstofflampen oder Glühlampen mittels LEDs ersetzen sollen. Bei der Verwendung solcher Produkte treten vielerlei Probleme auf. Aus diesem Grund sollen einige Aspekte festgehalten werden.

• Leuchten dürfen nur mit dem vom Hersteller angegebenen Leuchtmittel betrieben werden.
• Beim Einsatz anderer Leuchtmittel (LED-Retrofit-Produkte) erlöschen alle Zusagen und Garantien.
• Beim Einsatz anderer Leuchtmittel wird der „Einbauer“ zum „Hersteller“ mit Produkthaftung.
• Es sollen nur geprüfte und zertifizierte Lampen mit dafür vorgesehenen Leuchtmitteln verwendet werden.
• Die Temperatur der LED-Lampe darf nicht größer sein als die der konventionellen Leuchtstofflampe.
• Die Maße und das maximale Gewicht der LED-Lampe müssen denen der konventionellen Lampe entsprechen.

Aus diesen Gründen sollte auf den Einsatz eines Retrofit-Produktes im Schweinestall verzichtet werden.

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