DLG e.V. - Test Ammoniak-Messsystem „NH3-Stable”

Ammoniak-Messsystem „NH3-Stable” DLG-Anerkannt-Einzel­kriterien-Test „Langzeitbeständigkeit“

Beurteilung – kurz gefasst

Das hier geprüfte Ammoniakmessgerät „NH3-Stable“ der Firma ExTox wurde im DLG-Anerkannt-Einzel­kriterien-Test „Langzeitbeständigkeit“ unter Praxis­bedingungen über 6 Monate lang untersucht.

In einem Legehennenstall wurde in vier Messperioden die Datenerfassung mit denen eines geeigneten Referen­zverfahrens verglichen und bewertet. Aufgrund der Drift des Messgerätes nach ca. 5 Monaten wurde das zu prüfende Ammoniakmesssystem einem Justierprozess unterzogen und in einer erneuten Messperiode (Nachmessung) untersucht.

Die Anforderungen des Prüfprogramms hinsichtlich der Langzeitbeständigkeit des Messsystems wurden erfüllt. Das geprüfte Messsystem kann als Informationsquelle hinsichtlich der Ammoniakkonzentrationen in Stallanlagen eingesetzt werden. Die Messwerte können somit als Information des Landwirtes zur stall­klima­tischen Situation dienen.

Das Produkt

Beschreibung und Technische Daten

Das hier geprüfte Messsystem „NH3-Stable“ zusammen mit der Auswerteinheit ET-CS ist ein Messsystem zur Bestimmung der Ammoniakkonzentration in Tierställen. Eine schematische Darstellung des Gasweges ist in Bild 2 ersichtlich.

Außenabmessungen:
600 mm x 600 mm x 200 mm (Breite x Höhe x Tiefe)

Das Messsystem der Firma ExTox nutzt das elektrochemische Messverfahren. Der Nachteil einer kurzen Lebensdauer dieser Sensoren in der dauerhaft ammoniakbelasteten Stallluft, der bisher den Einsatz in der Tierhaltung verhindert hat, wird durch eine intermittierende Messung in Verbindung mit einer Spülgasaufbereitung vermieden. Der Ammoniaktransmitter besteht aus dem eigentlichen Sensor (elektrochemische Messzelle), aus der Trans­mitter­elektronik aus dem Transmittergehäuse und einem Durchflussadapter sowie verschiedene Schutzmaßnahmen gegen Ammoniakbelastung aus der Stallluft. Bis auf Teile des Gehäuses und dem Sensorelement wurden nur firmeneigene Entwicklungen verwendet.

Die Zykluszeiten für die Messung können vom Betreiber nach seinen Bedürfnissen im Bereich von 0,5 bis 12 Stunden frei eingestellt werden. Dem Sensor wird dazu über eine Pumpe nur für die kurze Messzeit die Ammoniak enthaltende Stallluft zugeführt. Danach wird der Sensor mit ammoniakfreier Luft gespült, die über ein zugeschaltetes Filterelement direkt aus der Stallluft erzeugt wird. Eine zusätzliche Spülluftversorgung oder eine Ansaugung von Außenluft sind nicht notwendig. Der letzte Messwert wird für die Dauer der Spülphase in der Anzeige und an den übrigen Datenausgängen festgehalten. Während der DLG-Prüfung wurden folgende Spül- und Messzeiten eingestellt: 

  1. die Messzelle 23 Minuten mit gefilterter Stallluft reinigen
  2. 4 Minuten mit Messgas spülen
  3. 3 Minuten messen

Mit dem „NH3-Stable“ der Firma ExTox wird eine Ammo­niak-Messung mit Messbereich 0 bis 200 ppm realisiert, bei der die Lebensdauer der Sensoren (und des Filterelements) gemäß Herstelleranageben > 12 Monate beträgt. Alle anderen Komponenten sind für den Dauerbetrieb über mehrere Jahre ausgelegt, wobei eine Wartung mit Kalibrierung in Zeitabständen von etwa 6 Monaten zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit vom Hersteller empfohlen wird. Das lange Wartungsintervall erlaubt eine Anpassung an die Belegungszyklen der Tierställe. Es werden die Ammoniakkonzentrationen in 0,1 ppm-Schritten angezeigt, sodass auch im unteren Messbereich eine hinreichende Genauigkeit erzielt werden kann.

Das komplette Messsystem ist vollständig in einem kompakten Kunststoffgehäuse integriert. Das Gehäuse ist für Wand- oder Hängemontage ausgelegt. Die Entnahmestelle für das Messgas kann flexibel gewählt werden, da eine Schlauchleitung mit bis zu 20 m Länge am Gerät angeschlossen werden kann. Die Messung an zwei Messpunkten mit nur einem Gerät erlaubt die als Option lieferbare Messstellenumschaltung.

Es wird eine Leitung für eine 230 V Spannungsversorgung und ggf. Datenübertragung benötigt. Der modulare Aufbau erleichtert laut Hersteller die Wartung und ermöglicht im Bedarfsfall den schnellen Austausch von Teilen.

Die integrierte Auswertezentrale ET-CS steuert alle Funktionen des Messsystems, zeigt die Messwerte an oder gibt sie an übergeordnete Steuerungssysteme weiter. Die Funktionen der Zentrale können vom Betreiber über ein menügeführtes Bedienungselement nach seinen Bedürfnissen angepasst werden. Alle Einstellungen können direkt am Gerät vorgenommen werden.

Die Auswertezentrale bildet auch die Möglichkeit von Anschluss- und Erweiterungsmöglichkeiten. Hierzu gehören vor allem die Erweiterung um die Kohlen­dioxid-Messung (Messbereich: 5000 ppm), Messung der Klimagrößen: Temperatur, Absolutdruck und relative Feuchte oder externer Messgrößen, z. B. des Volumenstromes.

Als Schnittstellen zur Datenübertragung stehen 0 bis 10 V, 4 bis 20 mA, RS232/RS485/RS422 oder Ethernet zur Verfügung. Zur dauerhaften Aufzeichnung der Messwertverläufe kann ein Datenlogger mit Speicherung auf einem USB-Stick integriert werden.

Die Messung von Ammoniak aus der Stallabluft sollte mit einem chemisch beständigen Schlauch durchgeführt werden. Geeignete Materialien für lange Messgasleitungen außerhalb des Messgerätes wären z.B. PTFE oder höherwertig (PFA/MFA). Innerhalb des Messgerätes sind kurze PE-Schläuche fest verlegt. Falls eine Taupunktunterschreitung in der Messgasleitung vom Messort zum Messgerät zu erwarten ist, muss eine Begleitheizung verwendet werden. Bei Messungen in Stallungen empfiehlt sich zudem die Verwendung eines geeigneten Vorfilters, welcher je nach Situation ebenfalls beheizt sein sollte. Vorfilter gehören zum Lieferumfang.

Die Firma ExTox bietet einen Wartungsvertrag an. Zweimal jährlich werden hierbei folgende Kontrollen durchgeführt:

  • Sichtkontrolle: Zustand des Gehäuses, elektrische Anschlüsse, Gaseinlass
  • Probenahmesystem, sofern vorhanden: Komponenten, Dichtheit, Verschmutzung, Durchfluss
  • Kalibrierung mit Prüfgasen, ggf. Korrektur der Justage
  • Kontrolle der Ansprechzeit auf Einhaltung des spezifischen Bereichs

Zudem wird im Rahmen des Wartungsvertrages die Signalstärke des Sensors überprüft. Wenn weniger als 50 % der ursprünglichen Empfindlichkeit der Signalstärke bei Aufgabe von Prüfgas unterschritten wird, empfiehlt der Hersteller einen Sensortausch. In der Regel muss ein Sensor frühestens nach einem Jahr getauscht werden (Herstellerangabe). Hierbei muss man mit jährlichen Kosten von 300 bis 400 EUR gemäß Hersteller rechnen. Bei höheren Ammoniakkonzentrationen im Stall wird der Sensor tendenziell schneller verbraucht und muss demzufolge häufiger getauscht werden, als bei niedrigen Ammoniakkonzentrationen. Die DLG empfiehlt, den Sensorkopf halbjährlich zu wechseln um die in der DLG-Prüfung dargestellten Messwerte zu gewährleisten. Dies gilt vor allem, wenn der Sensor durchgängig erhöhten Ammoniakkonzentrationen (> 5 ppm) ausgesetzt war.

Das Messsystem, welches von der DLG geprüft wurde, war mit einem Schauglas ausgestattet, das die Beobachtung der aktuellen Konzentrationsverläufe während des Betriebs leicht ermöglichte. Dieses Mess­system war aber aufgrund der Kunststoffscheibe bisher nur auf eine Dichtigkeit von IP 56 geprüft. Eine IP-Nachprüfung war bis Redaktionsschluss noch nicht abgeschlossen. Die Firma ExTox bietet deshalb auch ein bis auf das Schauglas identisches Messsystem an, welches auf IP 66 geprüft ist. Die Gehäusetür ist dann aus demselben Material wie das gesamte Gehäuse (glasfaserverstärkter, ungesättigter Polyester GFK). Die DLG empfiehlt deshalb Betreibern, die nicht regelmäßig auf die Display-Anzeige des Messsystems schauen, das Messsystem ohne Schauglas zu verwenden.

Die DLG empfiehlt unbedingt den Abschluss eines Wartungsvertrages um die Funktionsfähigkeit des Messsystems sicher zu erhalten.

Gewährleistung

Der Hersteller gibt eine Gewährleistung von 24 Monate auf das Messsystem. Ausgenommen sind hierbei Sensor und Absorberfilter.

Die Methode

Die Prüfung wird nach dem Prüfrahmen „Messsys­teme für Stallanlagen“ durchgeführt. Hierbei wird das gesamte Messsystem über den Messzeitraum hin untersucht. Innerhalb des Messzeitraumes werden vier Vergleichsmessungen durchgeführt, die jeweils mindestens zwei Wochen am Stück dauern. Messsysteme, die zyklisch gespült werden müssen, müssen aufgrund der geringen Datendichte jeweils drei Wochen geprüft werden, ungespülte Mess­systeme werden jeweils zwei Wochen lang geprüft. Die so erhaltenen Messdaten des Prüflings werden mit den Messwerten des Referenzsystems verglichen. Das Referenzsystem misst am gleichen Ort, zur gleichen Zeit die gleichen Parameter. Die Abweichungen der Konzentrationen beider Messsysteme werden bewertet. Hierbei wird die die mittlere absolute Abweichung von der prozentualen Abweichung abgezogen, so dass die Streuung der Messwerte mit in die Betrachtung eingeht. Keine dieser vier Messperioden darf die Mindestanforderung unterschreiten. Ist zu erkennen, dass die Mindestanforderung aufgrund eines erklärbaren Messwertdrifts in der vierten Vergleichsmessung unterschritten wurde, muss ein Wartungsintervall direkt nach Ablauf dieser Zeit erfolgen. Nach dem Wartungsintervall muss eine weitere Vergleichsmessung die Langzeitbeständigkeit nachweisen. Aus den Bewertungen der Einzelergebnisse wird ein ge­mittel­tes Gesamtergebnis dargestellt. Der Stromverbrauch des gesamten Messsystems wird erfasst und als Verbrauchswert angegeben.

Vor Beginn der Prüfung wird die Anforderung festgelegt. Hierbei werden drei Arten von Anforderung unterschieden:

  • Höchste Anforderung: Eingriff in die Klima und Lüftungsteuerung; Einhaltung der TierSchNutztV
  • Mittlere Anforderung: Überwachung der Reinigungsleistung einer Abluftreinigungsanlage
  • Niedrigste Anforderung: Information des Landwirtes zur stallklimatischen Situation

Zur Erlangung der höchsten Anforderung dürfen zum Bestehen höchstens 30 % Abweichung in den Messungen festgestellt werden, die mittlere Anforderung liegt bei höchstens 40 %, die niedrigste Anforderung liegt bei 45 %. Eine Überprüfung der Konzentrationen unter Laborbedingungen (Prüfgase) gibt hierbei an, ob das Gerät für den Test tauglich ist. Bei diesem Labortest werden u.a. verschiedene Feuchten bei unterschiedlichen Konzentrationen angefahren. Es wird zudem geprüft, wie lange der Sensor benötigt, um nach dem Wechsel von Laborluft zu Spülgas wieder auf die Hintergrundkonzentration zurückzufallen.

Zum vollständigen Anzeigen Tabelle nach rechts scrollen!

Die Testergebnisse im Detail

Die Abweichungen des zu prüfenden Messsystems mit dem Referenzverfahren sind in Tabelle 1 ersichtlich. Zu Beginn der Messung wurden geringe Abweichungen erzielt, die mit fortschreitender Dauer der Messzeit allerdings immer größer wurden. Nach etwa 6 Monaten im Praxiseinsatz konnte die DLG-Mindestanforderung nicht mehr erfüllt werden.

Aufgrund eines Messwertdriftes wurde eine werksseitige Justierung des Sensors nach ca. 6 Monaten im Praxiseinsatz durchgeführt, welche auch Bestandteil des Wartungsvertrages ist. In der darauffolgenden Nachmessung wurden die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse erreicht.

In Tabelle 3 sind die Ergebnisse aller Messungen gemittelt und als Gesamtergebnis dargestellt. Zudem ist die Dauer des praktischen Einsatzes (Messzeit) als Gesamtzeit angegeben. Die Messungen wurden im Zeitraum Februar bis September 2016 durchgeführt. Die Nachmessung wurde im Mai/Juni 2017 durchgeführt. In Abbildung 3 ist beispielhaft der zeitliche Verlauf der Vergleichsmessung 2 (Block 2) im Juni 2016 dargestellt. In Abbildung 4 ist der zugehörige Verlauf der Abweichung zwischen Referenzgerät und Prüfling zu finden.

Während der Prüfung lagen die Ammoniakkonzentrationen zwischen 2 und 20 ppm. Je nach Situation (z.B. Vorausstallung o.ä.) konnten die Konzentrationen kurzzeitig auch 20 ppm übersteigen.

Am 24.05.2017 wurde direkt vor der Nachmessung eine defekte Elektronikplatine des Sensors getauscht. Bei diesem Bauteil war die Isolation an einem Anschlusspin fehlerhaft. Da diese Platine ein handbestückter Prototyp war, kann man davon ausgehen, dass zukünftige Bauteile diesen Fehler nicht mehr aufweisen werden.

Die Abweichungen in Abbildung 4 waren typisch für diesen Prüfling während der Testphase. Der Winkel zwischen dem Optimum und den gemessenen Werten ist im Laufe der Messung gewachsen.

Stromverbrauch

Der Stromverbrauch des Messsystems lag über mehrere Stunden konstant bei 8 Wh. Aufgrund der einzustellenden Spül- und Messzeiten können sich im späteren Praxiseinsatz leichte Abweichungen einstellen.

Bedienungsanleitung

Die Bedienungsanleitung ist übersichtlich aufgebaut und leicht verständlich. Sie wird mit Fotos und Bildern unterstützt.

Abbildung 3

Zeitlicher Verlauf der Vergleichsmessung 2 zwischen Referenzgerät und Prüfling:

Abbildung 4

Abweichung zwischen Referenzgerät und Prüfling während der Vergleichsmessung 2

Fazit

Das gespülte Ammoniak-Stallmesssystem „NH3- Stable“ und die Auswerteeinheit ET-CS der Firma ExTox erfüllen die Anforderungen des Prüfprogramms hinsichtlich der Langzeitstabilität des Messwertes. Der Prüfzeitraum betrug insgesamt 7 Monate. Als Informationsquelle für den Betreiber von Stallanlagen ist das Messsystem grundsätzlich geeignet, über einen längeren Zeitraum die Ammoniakkon­zentration in der Stallluft zu analysieren und so dem Landwirt wichtige Informationen zum klimatechnischen Zustand seines Stalles zu geben. Je länger das geprüfte Messsystem der Stallabluft ausgesetzt war, umso stärker unterschätzte das Gerät den Referenz­wert.

Kontakt

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DLG-Testzentrum Technik und Betriebsmittel
Max-Eyth-Weg 1
64823 Groß-Umstadt
Tel: +49(0)69/24 788-600
Fax: +49(0)69/24 788-690
E-Mail: tech(at)DLG.org

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Ein Prüfzeichen „DLG-ANERKANNT in Einzelkriterien“ wird für landtechnische Produkte verliehen, die eine umfangsreduzierte Gebrauchswertprüfung der DLG nach unabhängigen und anerkannten Bewertungskriterien erfolgreich absolviert haben. Die Prüfung dient zur Herausstellung besonderer Innovationen und Schlüsselkriterien des Prüfgegenstands. Der Test kann Kriterien aus dem DLG-Prüfrahmen für Gesamtprüfungen enthalten oder sich auf andere wertbestimmende Merkmale und Eigenschaften des Prüfgegenstandes fokussieren.

Die Mindestanforderungen, die Prüf­bedingungen und -verfahren sowie die Bewertungsgrundlagen der Prüfungsergebnisse werden in Abstimmung mit einer DLG-Expertengruppe festgelegt. Sie entsprechen den anerkannten Regeln der Technik sowie den wissenschaft­lichen und landwirtschaftlichen Erkenntnissen und Erfordernissen. Die erfolgreiche Prüfung schließt mit der Veröffent­lichung eines Prüfberichtes sowie der Vergabe des Prüfzeichens ab, das fünf Jahre ab dem Vergabedatum gültig ist.

Der DLG-Anerkannt-Test „Langzeitbeständigkeit“ umfasste die Überprüfung der Eignung und Langzeit- tauglichkeit des Gerätes unter Praxisbedingung. Hierbei wurden die Messdaten des Prüflings mit denen unter identischen Messbedingungen erhaltenen Messdaten eines Referenzgerätes verglichen. Die Datenerhebung erfolgte gemäß dem Prüfprogramm für Klimamesssysteme. Weitergehende Kriterien wurden nicht untersucht.

Anmelder

ExTox Gasmess-Systeme GmbH
Max-Planck-Strasse 15a
59423 Unna

Produkt:
NH3-Messsystem „NH3-Stable“

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Prüfungsdurchführung

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Expertenkommission
Prof. Dr. Wolfgang Büscher, Universität Bonn
Dipl. Ing. Stefan Linke, Thünen-Institut Braunschweig
Dipl.-Ing. Klaus Bachmann, SKL Sachsen