Versuchsergebnisse aus der Praxis
Untersuchungen von Gasheizgeräten Frostbuster und Frostguard zur Spätfrostabwehr

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Sicherstellung des fränkischen Süßkirschenanbaus unter dem Einfluss des Klimawandels“ konnte ein Leihgerät für eine Saison organisiert werden. Um die Bedienung, Leistung und Wirkung des Gerätes zu testen, wurden mehrere Versuchsreihen durchgeführt. Hierbei wurde die Lautstärke des Gerätes mit Dezibel-Messgeräten ermittelt. Der Gasverbrauch während des Betriebes beobachtet und die Wärmeverteilung anhand von speziellen Lufttemperatursensoren und Wärmebildkameras analysiert.

Frostbuster 252

Der Frostbuster 252 ist eine 3-Punkt montierte Maschine. Er besteht aus einem Gasbrenner, welcher die Luft erwärmt. Die erwärmte Luft wird durch ein Gebläse und beidseitigen Auslässen in der entsprechenden Anlage verteilt. Die Fläche, die er frostfrei halten kann, hängt von der Lage und der Form der Parzelle ab. Laut Hersteller liegt diese zwischen 6 bis 8 Hektar.

Anstatt die Atmosphäre zu erwärmen, soll der Frostbuster 252 den Phasenübergang von Dampf zu Reif (Desublimation) an den Knospen und Blüten verhindern. Mit einem Heißluftstrom wird alle 7 bis 10 Minuten dieselbe Stelle oder Reihe passiert. Dadurch verdampft ein Teil des Reifes (Sublimation) und der verbleibende Reif erhält Energie aus der strömenden Luft. Je höher die Luftfeuchtigkeit ist, desto mehr Energie wird übertragen.

Nutzung des Gerätes

Der Frostbuster 252 hat ein Eigengewicht von 350 Kilogramm und kann mit sechs Propangasflaschen mit je 33 Kilogramm bestückt werden. Der Verbrauch selbst liegt bei rund 35 Kilogramm je Stunde. Ein Wechsel der gesamten Flaschen dauert circa 15 Minuten, vorausgesetzt die Ersatzflaschen sind direkt neben der behandelten Fläche deponiert. Das Gerät hat auf jeder Seite einen niedrigen Auslass, aus dem die Heißluft geblasen wird. Der Sollwert der Ausblastemperatur liegt bei 85 Grad Celsius. Diese kann mit einem Regler eingestellt werden. Zu beachten ist jedoch, dass die Zapfwellendrehzahl einen erheblichen Einfluss auf die Ausblastemperatur hat. Deshalb soll das Gerät mit 540 Umdrehung pro Minute gefahren werden. Im Test hat sich gezeigt, dass diese auch auf 500 Umdrehung pro Minute gestellt werden kann. Eine weitere Unterschreitung führt jedoch dazu, dass das Gerät überhitzt und abschaltet

Feststellung der Lärmbelastung

Die Lärmbelastung wurde gemessen in den Entfernungen 10, 30 und 50 Meter sowie im Kabineninneren. Dabei wurden die Zapfwellendrehzahlen 400 und 500 Umdrehung pro Minute unterschieden. 500 Umdrehung pro Minute entsprechen dabei am Gerät selbst einer Umdrehung von circa 2.220 Runden pro Minute.
Tabelle zeigt dabei die entsprechenden Messwerte.

10 m30 m50 mKabine
400 U/min80,7 dB69,5 dB62,6 dB77,3 dB
500 U/min94,4 dB83,4 dB71,0 dB85,0 dB

50 bis 60 Dezibel entsprechen einem normalen Straßenverkehr, 70 bis 80 Dezibel einem Rasenmäher oder vorbeifahrenden Zug und 90 bis 100 Dezibel einer Kreissäge. Die Belastung für den Fahrer ist also nicht unerheblich. Auch der Betrieb direkt neben Wohngebieten kann zu Beschwerden führen.

Analyse der Lufttemperaturen

in 50 cm Höhe

Grafik 1 und 2 zeigen die Lufttemperaturen während des Betriebes in 50 Zentimeter Höhe, sprich Ausblashöhe der Heißluft des Frostbusters. Dabei wird in den Abständen von 20 und 5 Meter zur Fahrspur mit dem Buster verglichen. Gestartet wurde der Betrieb um 7:45 Uhr und beendet um circa 8:15 Uhr. Es wurde so gefahren, dass der Buster circa alle 4 Minuten an derselben Stelle vorbeikommt, was eigentlich der halben Zeit entspricht wie vom Hersteller vorgegeben. Diese Durchfahrten lassen sich auch in den Grafiken gut nachvollziehen und sind an den Temperaturausschlägen erkennbar. In Grafik 2 sind die Ausschläge wesentlich regelmäßiger als in Grafik 1, was daran liegt, dass der entsprechende Sensor näher am Luftauslass lag.

Auswertung der Lufttemperatur in fünfzig Zentimeter Höhe und zwanzig Meter Abstand zum Frostbuster

Grafik 1

Analyse der Lufttemperatur in fünfzig Zentimeter Höhe und fünf Meter Abstand zum Frostbuster

Grafik 2

Durchschnittlich bei jeder Durchfahrt ergibt sich im Abstand von 5 Meter zum Auslass eine kurzzeitige Temperaturerhöhung von 1,4 Grad Celsius. Jedoch sinkt die Temperatur anschließend wieder etwas ab. Über den Betriebszeitraum von 30 Minuten ergibt sich gesamt eine Temperaturerhöhung um 1,47 Grad Celsius von -2,94 Grad Celsius auf -1,47 Grad Celsius.

in 2 m Höhe

Grafik 3 und 4 zeigen die Temperaturen in 2 Meter Höhe und verschiedenen Abständen zum Frostbuster 252. Die Intensität der Temperaturausschläge ist diesmal umgekehrt wie auf 50 Zentimeter Höhe, was darauf schließen lässt, dass bei weiterem Abstand zum Frostbuster 252 die warme Luft etwas mehr aufsteigt und dadurch höhere Temperaturausschläge erkennbar sind (Grafik 3). Insgesamt steigt die Temperatur auf 2 Meter Höhe bei 20 Meter Abstand von -2,45 Grad Celsius auf -1,1 Grad Celsius und bei 5 Meter Abstand und 2 Meter Höhe von -2,27 Grad Celsius auf -0,65 Grad Celsius. Somit ergibt sich bei 20 Meter Abstand eine Erhöhung um 1,35 Grad Celsius und bei 5 Meter Abstand um 1,62 Grad Celsius. Dies Ausschläge sind also bei 20 Meter Abstand höher, jedoch ist die Temperaturerhöhung über den Heizzeitraum um etwa 0,27 Grad Celsius niedriger als bei 5 Meter Abstand.

Analyse der Lufttemperatur in zwei Meter Höhe und zwanzig Meter Abstand zum Frostbuster

Grafik 3

Analyse der Lufttemperatur in zwei Meter Höhe und fünf Meter Abstand zum Frostbuster

Grafik 4

Zu beachten ist jedoch immer, dass der Frostbuster 252 nicht auf dem Prinzip der Erhöhung der Umgebungstemperatur basiert, sondern auf der Verhinderung von Reifbildung auf Knospen und Blüten. Um noch besser zu ermitteln, wie sich die Luft verteilt, wurden verschiedene Aufnahmen mit einer Wärmebildkamera gemacht.

Luftverteilung im Wärmebild

Der Hersteller gibt eine maximale Reichweite von insgesamt 80 Meter bei einer Zapfwellenumdrehung von 540 Umdrehung pro Minute.

Die Bilder zeigen die Temperaturunterschiede während des Betriebes. Hierbei lässt sich erkennen, wie die Wärmeluft aus dem Gebläse des Frostbusters strömt.

Praxistest

In einem Praxisversuch wurden vor Beginn die Fahrtrouten festgelegt. Dabei wurde von einer Ventilatorweite von 60 Meter ausgegangen (maximal laut Hersteller 80 Meter). Weiter zu beachten ist, dass man spätestens alle 10 Minuten dieselbe Fahrspur passieren muss. Somit wurde eine Fahrstrecke angelegt, die innerhalb der Zeit bei 6 Kilometer pro Stunde passiert werden kann. Dadurch, dass auf der Versuchsparzelle mehrere Zwischenwege gefahren werden mussten, kam es zu Leerzeiten ohne Behandlung. Eine Parzelle mit Süßkirschen wurde in engerem Abstand gefahren (doppelte Auslastung), um eine verbesserte Wirkung zu erzielen. Somit wurde die Auslastung auf eine Fläche von rund 3 Hektar berechnet, bei nicht idealen Bedingungen durch Leerzeiten.

Um die exakte Strömungsweite darstellen zu können, wurden Drohnenaufnahmen mit Wärmebild aufgenommen. Es zeigt sich hierbei anhand der Ermittlung über die Reihenbreite, dass nur eine Strömungsweite von circa 20 bis 25 Meter bei 540 Umdrehung pro Minute erreicht werden konnte. In diesem Test wurden Sensoren verwendet, die die Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit messen. Anders als im ersten Vortest, in dem spezielle Lufttemperatursensoren verwendet wurden. Kalibriert wurden die Umgebungstemperatursensoren auf einen Messintervall von 10 Minuten. Gemessen wurde innerhalb der Fahrspur und in 20 Meter Entfernung auf 1 und 2 Meter Höhe. Beginn der Behandlung war 3:00 Uhr. Anders als in den Vorversuchen zeigt sich hier kein kontinuierlicher Temperaturanstieg, erst nach Sonnenaufgang um 7:00 Uhr. Temperaturausschläge sind nur um 3:20 Uhr und 5:20 Uhr festzustellen. Nach dieser Messung kann die kritische Temperatur der Blütenknospen nicht überschritten werden.
Analyse der Umgebungstemperatur in zwei Meter Höhe

Grafik 5

Analyse der Umgebungstemperatur, ein Meter Höhe der Fahrspur und zwanzig Meter Abstand zum Frostbuster

Grafik 6

Die Wirkung des Frostbusters 252 basiert allerdings auch nicht auf der Erhöhung der Umgebungstemperatur. Jedoch ist auch die Messmethodik ausschlaggebend. Deshalb sollten in weiteren Tests auch die verschiedenen Temperatursensoren verglichen und geprüft werden.

Innerhalb der Frostnacht im Praxistest wurde nach verschiedenen Bonituren trotz des Einsatzes eine Reifbildung auf den Blütenknospen sichtbar. Die Bedienung des Gerätes erfolgt unkompliziert. Alle Werte wie Austrittstemperatur der Luft, Drehzahl des Ventilators oder Status des Brenners können über ein Display von der Fahrerkabine aus überprüft werden. Bei Störungen oder Überhitzung schaltet der Frostbuster 252 von selbst ab. Die Maschine läuft am Traktor relativ gleichmäßig, jedoch führt die dauerhafte Lärmbelastung über die Frostnacht hinweg zu einer gewissen Anstrengung. Auch die Konzentration des Fahrers kann nach über 6 Stunden Fahrt derselben Strecke mit der Zeit nachlassen. Ein Wechsel der Gasflaschen sollte auf dem Feld erfolgen, um unnötige Leerfahren zu vermeiden. Das 3-Punkt-Gerät ist äußerst kompakt, bietet jedoch den Nachteil, dass das hohe Zusatzgewicht auf den Reifen des Traktors zu geringer Bodennässe zu deutlichen Fahrspuren und Bodenverdichtungen führt.

Fazit

Der Frostbuster 252 bietet deutliche Vorteile in Sachen Handhabung, Rohstoff- und Gasverbrauch (35 Kilogramm pro Stunde) und Arbeitsaufwand gegenüber den herkömmlichen Frostöfen und Frostkerzen. Er leistet eine saubere Verbrennung ohne Ruß- oder Rauchentwicklung. Der Wirkungsgrad nach Herstellerangaben konnte jedoch nach verschiedenen Versuchen nicht belegt werden. Auch bei höherer Arbeitsintensität war eine gewisse Reifbildung an Blüten erkennbar. Da die 80 Meter Arbeitsbreite nicht erreicht werden und eine Durchfahrt derselben Reihe unter 10 Minuten liegen muss, kann auch die Gesamtleistung von 6 bis 8 Hektar durch den Frostbuster 252 nicht erreicht werden. Ausgehend bei einer Flächenleistung von 6 Hektar und 25 Meter Arbeitsbreite, müsste der Fahrer bei Idealbedingungen mindestens 14,4 Kilometer pro Stunde schnell fahren. Anders gerechnet ergibt sich bei der empfohlenen Geschwindigkeit von 6 Kilometer pro Stunde und den ermittelten 25 Meter Arbeitsbreite eine Flächenleistung von 2,5 Hektar, wenn jede Stelle nach 10 Minuten erneut passiert werden muss. Diese Berechnungen entsprechen jedoch nur dem Idealfall ohne Leerfahrten oder Zwischenwegen.

Grundvoraussetzung für solch ein Gerät sind zudem homogene Obstanlagen mit mehreren Hektar auf einem Feldstück. Je länger die Feldstückwechsel sind, desto geringer ist auch die Flächenleistung durch das Gerät. Daher ist es auch wichtig, einen genauen Fahrplan vor dem Betrieb zu planen. Insgesamt bieten die Heißgasgeräte interessante Alternativen zu den Frostöfen und Frostkerzen, jedoch ist eine ausreichende Wirkung noch nicht gewährleistet.

Frostguard B20

Der Frostguard B20 ist ein stationäres Gasheizgerät zur Minimierung von Spätfrostschäden im Obst- und Weinbau aus dem Hause Agrofrost. Mittlerweile kann zwischen sechs verschiedene Varianten gewählt werden. Bei der getesteten Ausführung B20 handelt es sich um die leichteste und günstigste Ausführung des Frostguard welche seit 2019 vertrieben wird. Die maximal Flächenleistung wird vom Hersteller von 0,7 bis 1 Hektar angegeben.

Anstatt die Atmosphäre zu erwärmen, soll der Frostguard B20 den Phasenübergang von Dampf zu Reif (Desublimation) an den Knospen und Blüten verhindern. Mit einem Heißluftstrom wird durch die 360 Grad Rotation alle 7 Minuten dieselbe Stelle in der Anlage getroffen. Dadurch verdampft ein Teil des Reifes (Sublimation) und der verbleibende Reif erhält Energie aus der strömenden Luft. Je höher die Luftfeuchtigkeit ist, desto mehr Energie wird übertragen.

Die Versuche mit dem Frostguard B20 wurden auf dem Versuchsgelände für Obstbau und Baumschule der Bayerischen Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG) in Thüngersheim im Frühjahr 2021 durchgeführt.

Nutzung des Gerätes

Der Frostguard B20 hat ein Eigengewicht von circa 218 Kilogramm. Anders als bei den älteren Frostguard Revolution-Modellen hat der B20 drei Reifen sowie eine Zugstange und kann per Traktor oder Hand in der Anlage bewegt werden. Bei der Nutzung sollten Keile unter die Räder gestellt werden damit das Gerät an Ort und Stelle bleibt. Bei starker Hangneigung muss sichergestellt werden, dass das Auslassrohr nicht den Boden berührt, da das Gerät sich ansonsten nicht drehen kann. Angetrieben wird der B20 über Propangas. Dafür gibt es von der Firma Agrofrost einen speziell entwickelten Flaschenhalter für sechs 33–Kilogramm–Propangasflasche.

Die Halterung kann hochgebockt werden, sodass beim Betrieb die erhitzte Luft unter den Gasflaschen durchströmt. Die warmen Abgase werden über einen Schlauch in das Flaschengestell geleitet. Durch Öffnungen unter jeden Flaschenhalter werden bei der Benutzung die Gasflaschen erwärmt, was einen temperaturunabhängigen Betrieb gewährleistet. Durch einen Zündschlüssel wird der Frostguard B20 sehr einfach angeschaltet. Über den Gashebel und die Gaszufuhr kann die gewünschte Leistung eingestellt werden. Der Hersteller empfiehlt den Motor nur bei Vollgas laufen zulassen und eine Temperatur am Auslass zwischen 75 und 85 Grad Celsius. Die Drehzahl wird am Display angezeigt, die Temperatur wird mit einem mitgelieferten Thermometer per Hand an dem etwa 30 Zentimeter über den Boden bewegenden Auslassrohr gemessen. Eine Auto-Start-Funktion wie bei den Revolution-Modellen ist nicht verfügbar.

Das Gerät rotiert selbstständig in circa 7 Minuten um 360 Grad. Etwa 15 Minuten nach dem Start sollte das Gerät und die Temperatur nochmals kontrolliert werden. Der Frostguard B20 kann dann ohne weitere Beaufsichtigung bis zum Ausschalten in den Morgenstunden durchlaufen. Der Gasverbrauch wird mit circa 10 Kilogramm pro Stunde angegeben. Somit müssen die sechs Propangasflaschen nach circa 20 Stunden Betriebszeit ausgetauscht werden. Die Kosten für den Frostguard B20 beliefen sich 2020 auf circa 8.000 Euro.

Messung der Windgeschwindigkeit

Laut Hersteller soll der Frostguard B20 die erzeugte warme Luft im Radius von circa 50 Meter in der Anlage verteilen. Mit einem Handwindmessgerät wurde während des Betriebes mehrmals die Geschwindigkeit in Abhängigkeit der Entfernung zum Gerät gemessen. Die Ausstoßgeschwindigkeit direkt am Rohrausgang war für das Messgerät zu hoch und konnte nicht dokumentiert werden. Auf einer Entfernung von 2 Meter wurden 120 Kilometer pro Stunde gemessen. Auf einer Distanz von circa 25 Meter war nur noch ein leichter Hauch wahrzunehmen, welcher mit einer Windgeschwindigkeit von 4 Kilometer pro Stunde auf einer Höhe von circa 30 bis 40 Zentimeter gemessen wurde. In 50 Meter Entfernung wurde keine Wirkung des Gerätes mit dem Windmessgerät festgestellt.

Tabelle: Windgeschwindigkeit in Kilometer pro Stunde in verschiedenen Abständen zum Frostguard B20

Entfernung zum GerätWindgeschwindigkeit
2 m120 km/h
5 m53 km/h
10 m19 km/h
25 m4 km/h
35 m1,4 km/h
50 m0 km/h

Temperaturmessungen

Die Temperaturmessungen in der Versuchsanlage erfolgten mithilfe von Lufttemperatur- und Luftfeuchtefühlern in verschiedenen Abständen zum Gerät. Da laut Hersteller die Temperaturerhöhung nicht das eigentliche Ziel ist, sondern die Verdunstung von Reif und die dadurch steigende Luftfeuchtigkeit, sollte eine Erhöhung messbar sein. Die Logger haben Temperatur und Luftfeuchtigkeit alle 5 Minuten während des Einsatzes des Frostguard B20 kontinuierlich festgehalten. Wie an den anderen Messtagen auch, konnte in der Nacht vom 08.04. auf 09.04.2021 nur im sehr nahen Bereich (5 Meter Abstand) eine Temperaturerhöhung gemessen werden. Die relative Luftfeuchte konnte an keinem der Versuchstage erhöht werden. Hierbei ist aber zu berücksichtigen, dass die Luftfeuchtigkeit zu keinem Einsatzzeitpunkt unterhalb von 80 Prozent lag. Interessant ist, ob bei einer sehr trockenen (circa 50 Prozent relative Luftfeuchte) Frostnacht die Feuchtewerte erhöht werden können.

Tabelle: Durchschnittliche Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit am 09.04.2021 während des Einsatzes des Frostguard B20

Kontrolle35 m25 m10 m5 m
Temp. in °C (1 m)-1,28-1,67-1,76-1,68-0,89
Rel. Luftfeuchte in % (1 m)85,1284,6884,9482,7282,45
Temp. in °C (2 m)-1,69-1,34-1,41-1,51-1,36
Rel. Luftfeuchte in % (2 m)84,9584,0484,3283,9782,67

Während eines Probeeinsatzes Ende März 2021 wurde jeweils 10-mal in verschiedenen Messzeiträumen mit einem Laserthermometer die Oberflächentemperatur von Knospen und jungen Blüten bei Aprikosen und Pfirsichen in verschiedenen Abständen zum Gerät gemessen. Eingeschaltet wurde der Frostguard B20 4:00 Uhr. Die kälteste Phase war am 25.03.2021 gegen 6:00 Uhr. Eine Erhöhung der Oberflächentemperatur an den empfindlichen Blütenorgangen konnte bis zu einer Entfernung von 25 Meter gemessen werden. In 5 Meter Abstand zum Frostguard B20 konnte die Oberflächentemperatur um circa 2,3 Grad Celsius erhöht werden, bei 10 Meter um circa 1,4 Grad Celsius und bei 25 Meter circa 0,8 Grad Celsius. Bereits nach 30 Minuten Einsatz konnte eine leichte Temperaturerhöhung auf der Oberfläche der Blütenorgane festgestellt werden.

Farblich dargestellte Liniendiagramm beschreibt den Temperaturverlauf in unterschiedlicher Entfernung

Abbildung: Oberflächentemperatur von Knospen- und Blütenorgangen bei Aprikose und Pfirsich in unterschiedlicher Entfernung.

Luftverteilung mit Wärmebild

Mithilfe einer Drohne mit Wärmebildkamera wurde in circa 100 Meter Höhe die Luftverteilung des Gerätes untersucht. Der Auslass und die Temperaturerhöhung rund um das Gerät werden dadurch gut erkennbar. Der sichtbare Effekt beschränkt sich auf eine Entfernung von maximal 20 Meter im Radius zum Frostguard B20.
Da die Gasheizgeräte von Agrofrost die Bildung von Reif verhindern sollen, wurden in den frühen Morgenstunden einer Frostnacht ebenfalls Drohnenbilder mit einer handelsüblichen Kamera aufgenommen. In Entfernung von 20 bis 25 Meter zum Gerät keine Reifbildung zu sehen. Das Gras in den umliegenden Flächen ist dagegen vom Reif weiß gefärbt.

Eine Ertragserhöhung gegenüber anderen Aprikosenanlagen konnte nicht nachgewiesen, da auch hier Frostschutzmaßnahmen (Frostberegnung) betrieben wurden.

Fazit

Der Frostguard B20 ist die günstigere und gewichtsreduzierte Alternative zum Frostguard Revolution-Modellen. Durch die Räder kann er auch in der Anlage ohne weiteres Gerät bewegt werden. Jedoch muss der mit Gasflaschen befüllte Halter mit zum Beispiel einer Frontladergabel bewegt werden. Das Gerät ist leicht zu bedienen und hat den großen Vorteil gegenüber anderen Frostschutzmaßnahmen, dass keine weitere Beaufsichtigung während des Einsatzes notwendig wird. Die sechs 33-Kilogramm-Propangasflaschen halten etwa 20 Stunden durch, sodass eine Flaschenwechsel gut planbar ist.

In den Versuchen konnte die vom Hersteller angegebene Flächenleistung von 0,7 bis 1 Hektar nicht erreicht werden. Bei einem nachgewiesenen Effekt von 25 Meter um das Gerät kann der Frostguard B20 auf einer Fläche von circa 2.000 Quadratmeter die Oberflächentemperatur von frostempfindlichen Blütenorganen um etwa 1 bis 2 Grad Celsius erhöhen und auch die Reifbildung in dem Bereich verhindern. Die Luftverteilung des Frostguard B20 reicht nicht aus, um eine größere Fläche zu schützen. Somit ist der Einsatz im Freiland nur bei sehr hochpreisigen Kulturen sinnvoll. Einen größeren Wirkungsbereich hat das Gerät vermutlich unter geschützten Foliendächern, wie auch schon einige Praktiker berichtet hatten. Die Versuche mit dem Frostguard B20 sollen im Jahr 2022 wiederholt werden.