Schneekanone

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Schneeerzeuger in Aktion

Schneeerzeuger werden in Wintersport-Gebieten eingesetzt, wenn durch zu geringen Schneefall (wenig Niederschlag bei niedrigen Temperaturen) bzw. durch Tauwetter die Schneesicherheit und damit zur Ausübung diverser Aktivitäten wie Skifahren, Snowboarden etc. nicht ausreicht. Dies kann besonders in geringen Höhen der Fall sein, wie zum Beispiel in Mittelgebirgen und auf Talabfahrten.

Der Begriff Schneeerzeuger wird im technischen Sprachgebrauch oft für eine Schneekanone verwendet, auch wenn Schneilanze (oder Schneelanze) genauso diesem Begriff zugeordnet ist. Schneelanze und Schneekanone werden verwendet, um das zugelieferte Wasser mittels eines Luftstroms über der Piste in der kalten Umgebungsluft auszubringen.

Als Beschneiungsanlage bezeichnet man alle Komponenten einer technischen Beschneiungseinrichtung zur maschinellen Erzeugung von Schnee. Eine solche Anlage umfasst sämtliche Einrichtungen wie: Wasserspeicher, Pumpen, Kompressoren, Wasser-/Luft-/Stromzuleitungen, Schneeerzeuger.

In Österreich wurde ein bundesweit einheitlicher Leitfaden für das wasserrechtliche Behördenverfahren von Beschneiungsanlagen herausgegeben.

Technische Verfahren[Bearbeiten]

Eiskanone
Wasser wird entweder zu Eisblöcken gefroren, die dann zerstoßen werden, oder auf eine rotierende gekühlte Trommel aufgespritzt und abgeschabt. Mittels Druckluft und Schlauchleitung kann der „Schnee“ gezielt verteilt werden. Dies ist das einfachste Prinzip, unabhängig von der Außentemperatur; allerdings besteht der „Schnee“ hier aus Eissplittern, nicht aus Schneeflocken, und eignet sich nur schlecht zum Skifahren. Dieses Verfahren wird hauptsächlich im Event- und Promotion-Bereich bzw. für City Contests verwendet.

Die folgenden Verfahren ahmen die natürliche Entstehung von Schnee nach, bei der kleine Wassertropfen langsam kristallisieren und so die charakteristische Form der Schneekristalle ausbilden können:

Druckluftkanone
Aus einer Düse tritt ein Wasser-Druckluft-Gemisch bei einem Druck von 5–10 bar aus, bei der Ausdehnung unter Normaldruck kühlt das Luft-Wasser-Gemisch ab, so dass die Wassertröpfchen gefrieren können. Gute Schneeleistung im Grenztemperaturbereich (um 0°C), sehr hoher Energieverbrauch für die Luftkompression zur Kälteerzeugung, geringe Windempfindlichkeit, extrem laut.
Die Druckluftkanone wird fälschlich als Hochdrucksystem bezeichnet.
Propellerkanone
Zentrales Element ist ein Propeller, welcher einen starken Luftstrom erzeugt. Rings um den Rohrausgang befindet sich der Düsenstock mit zumeist mehreren Kränzen. Die äußeren Düsen sind meist als Mischdüsen (Wasser und Druckluft) zur Produktion von Schneekernen, die inneren meist als reine Wasserdüsen ausgeführt. Die Misch- oder Nukleatordüsen produzieren kleine Eiskristalle als Kristallisationskeime, ähnlich dem Prinzip der Druckluftkanone (s. o.).
Die Menge der Wassertropfen muss den äußeren Witterungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie der Wurfweite angepasst werden, um optimale Eigenschaften des Kunstschnees zu erreichen. Die im aus der Propellerkanone austretenden Luftstrom enthaltenen Wassertropfen verdunsten in der trockenen Winterluft teilweise, wodurch die Tröpfchen abkühlen. Ist der Gefrierpunkt erreicht, kristallisieren sie an den Kristallisationskeimen. Je trockener die Umgebungsluft ist, desto besser wirkt der Abkühlungsvorgang. So funktioniert dieses Verfahren bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 30 % schon bei 1 °C über Null, bei 80 % relativer Luftfeuchtigkeit sind dagegen unter −3 °C erforderlich.
Die Propellerkanone ist das am häufigsten verwendete Prinzip, welches aber einen sehr hohen Stromverbrauch – bedingt durch den Ventilator – sowie ungedämmt einen hohen Geräuschpegel mit sich bringt. Beste Regelbarkeit, Arbeitsdruck ca. 8-40 bar.
Veraltet wird sie auch als Niederdrucksystem bezeichnet.
Schneelanze
An der Spitze eines bis zu 12 Meter langen Aluminiumrohres, das senkrecht bzw. schräg aufgestellt wird, befinden sich Wasser- sowie Luft- bzw. Nukleatordüsen. In das bei Austritt aus der Wasserdüse zerstäubte Wasser wird Luft geblasen. Die vorher komprimierte Luft dehnt sich aus und kühlt dadurch ab, wodurch Eiskeime entstehen, an denen eine Kristallisation des zerstäubten Wassers stattfindet. Durch die Höhe und die langsame Sinkgeschwindigkeit bleibt genügend Zeit für diesen Prozess. Energiesparend, aber im Vergleich zur Propellerkanone kleine Reichweite und Schneeleistung, sowie eine stärkere Windempfindlichkeit.
Vorteile gegenüber Propellerkanone: niedrigere Investitionen (nur Leitungssystem mit Luft- und Wasseranschluss, zentrale Kompressorstation), wesentlich leiser, halber Energieverbrauch pro Schneemenge. Wartungs- und verschleißarm. Regelung grundsätzlich möglich. Arbeitsdruck ab 15-60 bar. Mittlerweile gibt es auch kleine mobile Anlagen für den Heimanwender, die am Gartenanschluss betrieben werden (HomeSnow; Snow at Home).
Kryo-Kanone
Wasser und Druckluft werden mit Flüssigstickstoff (LN) vermischt ausgebracht. LN wird tiefkalt und fast drucklos im Sattelauflieger-Tank geliefert und kühlt die umgebenden Medien Wasser und Luft, indem er siedet und sich dabei "in Luft auflöst". Durch den niedrigen Siedepunkt von Stickstoff lässt sich mit hoher Dosierung auch bei Temperaturen weit oberhalb des Eispunktes Schnee erzeugen. Den hohen Kosten entsprechend wird das Verfahren eher nur punktuell im Event- und Promotionbereich eingesetzt.
Vakuum-Schneeerzeuger
In der „Vacuum Ice Machine“ wird Wasser einem hohen Vakuum ausgesetzt. Dieses Vakuum verdampft einen Teil des Wassers, während das restliche Wasser zu einem Wasser-Eis-Gemisch gefriert, welches aus dem „Freezer“ in einen „Schnee-Separator“ gepumpt wird.
Auf Grund seiner Größe ist der Erzeuger nur mittels eines Tiefladers bewegbar und benötigt eine vergleichsweise hohe Energiemenge. Dafür kann auch bei sommerlichen Temperaturen mit gekühltem Wasser und einer erheblichen Kühlwassermenge 'Frühlingsschnee' produziert werden. Die Eignung für kommerzielle Pistenbeschneiung ist eher zweifelhaft, da bei warmen Außen- bzw. Bodentemperaturen eine brauchbare Schneequalität nicht erreichbar ist, hingegen bei niedrigeren Temperaturen eine weitaus höhere Effizienz durch Propeller- bzw. Lanzensysteme gegeben ist.

Eigenschaften von technisch erzeugtem Schnee[Bearbeiten]

Die Eigenschaften von Schnee hängen maßgeblich von der Form der Schneekristalle, der Temperatur sowie vom Flüssigwassergehalt ab. Die Form der Kristalle wird durch die meteorologischen Umweltbedingungen bei der Kristallisation bestimmt, sowohl bei natürlichem als auch bei künstlichem Schnee. Zu den Umweltbedingungen zählen vor allem die Temperatur und Luftfeuchtigkeit, aber auch der Luftdruck.

Kunstschnee unterscheidet sich in seiner Struktur (30-350 Mikrometer, Kugelform) ganz wesentlich von Neuschnee (50-100 Mikrometer, hexagonale Formen), je nach äußeren Bedingungen beträgt die Dichte von künstlich erzeugtem Schnee 300-500 kg/m³ (Naturschnee: 10-80  kg/m³). Diese Unterschiede wirken sich auf die Albedo und die Wärmeleitfähigkeit der Schneedecke wesentlich aus. Zusätzlich zur kugelförmigen Gestalt können direkt nach dem Beschneien in den Eiskügelchen Flüssigwassereinschlüsse beobachtet werden.

Die Unterschiede der beiden Eisformen sind in den folgenden Parametern zu suchen:

Kunstschnee unterscheidet sich im Vergleich zum Naturschnee durch:

Energie- und Wasserverbrauch[Bearbeiten]

Wasserspeicher für das Skigebiet Hochjoch in Schruns, Montafon

Ressourcenbilanz am Beispiel einer Propellerkanone mit 24 kW:(1)

  • Ein Wasserdurchsatz von 1 Liter/Sekunde ergibt bei –3 °C eine Schneeleistung von 9 m³/Stunde (Schneegewicht 400 kg/m³), was etwa 3 kWh/m³ Schnee entspricht
  • Bei –10 °C kann man bereits etwa 7 Liter/Sekunde durchsetzen, wobei der Energiebedarf der Schneekanone unverändert bleibt, jedoch die Pumpenergie linear steigt.

Das heißt, dass der Wirkungsgrad einer Beschneiungsanlage mit sinkender Temperatur linear steigt (Berechnung ohne Pumpenergie).(2)

Keine weitere Energie muss für eine Hochdruckpumpe zur Wasserversorgung aufgewendet werden, sofern der Speicherteich höher liegt als der Aufstellort der Schneekanone. Für die Wasserentnahme aus einem Reservoir wird z. B. eine Tauchpumpe benötigt.

Energiebilanz einer Propellerkanone mit aliquoter Einrechnung der Pumpenergie:(2)

  • –3 °C: 9 m³ Schnee/h ~ 5 kWh/m³ Schnee
  • –10 °C: 60 m³ Schnee/h ~ 1 kWh/m³ Schnee

Kenndaten:

(1) Propellerkanone: Ventilator 15 kW, Kompressor 4 kW, Heizung 4 kW, Sonstiges 1 kW
(2) Pumpenleistung: Mittelwert P = 17 v·p, mit v … Volumen in Liter/Sekunde, p … Druck in bar.

Im Sommer 2008 wurde im österreichischen Rauris eine Beschneiungsanlage in Betrieb genommen, die zusätzlich mit einem kleinen Wasserkraftwerk bestückt ist. Am oberen Ende der Steigleitung befindet sich ein Teich, aus dem sowohl die Beschneiungsanlage als auch das Kleinkraftwerk gespeist wird. Der Teich wird von einem Wildbach gespeist. Wenn wie im Sommer keine Beschneiung stattfindet, wird das Kleinkraftwerk genutzt, um Elektrizität ins Netz einzuspeisen. Der Betreiber hofft, im Jahresmittel auf diese Weise nur so viel Elektrizität für die Beschneiung zu verbrauchen wie selbst produziert wird.[1][2]

Chemische Hilfsmittel[Bearbeiten]

Sogenannte Snow-Inducer sind Proteine, die dem Wasser von Beschneiungsanlagen zugesetzt werden, um die Nukleationstemperatur zu erhöhen.

Der von einer US-amerikanischen Firma hergestellte Snow-Inducer Snomax wird in den USA seit 1987 eingesetzt, weiter ist die Verwendung von Snomax in Kanada, Norwegen, Japan, Schweden, Schweiz, Finnland, Italien, Chile und Australien zugelassen.

In Deutschland und Österreich wird der Einsatz sehr kontrovers diskutiert. 2002 wurde eine Umweltverträglichkeits-Prüfung durchgeführt. Snomax ist sehr umstritten, da Pseudomonaden zur Herstellung des Proteins verwendet werden. Da das Bakterium Pseudomonas syringae 31R nur abgetötet und nicht entfernt wird, werden so ebenfalls diese inaktiven Bakterien mit dem Wasser in die Natur ausgebracht. Daher ist der Einsatz in Bayern verboten.[3]

Kritiker befürchten, dass diese einen negativen Einfluss auf Fauna und Flora haben, sobald der Schnee im Frühjahr schmilzt und diese Verunreinigung auf den Feldern liegen bleibt. In den Medien kursierte auch die Schlagzeile: Bakterienschnee vergiftet Trinkwasser.[4][5]

Obwohl der Einsatz dieser Chemikalien denkbar ist, werden sie in der Praxis aus Kostengründen so gut wie nie eingesetzt. Die Schneekanonen, die in den alpinen Schigebieten Schnee produzieren, setzen als Betriebsmittel ausschließlich sauberes Wasser ein, da sonst die Düsen verstopfen würden.

Erfindung[Bearbeiten]

Das Grundprinzip wurde Ende der 1940er Jahre durch Zufall in Kanada entdeckt, als ein Forscherteam, unter der Leitung des Kanadiers Raymond T. Ringer, Wasser in einem Windkanal bei tiefen Temperaturen sprühte, um die Vereisung von Düsentriebwerken zu untersuchen – und dadurch unerwünschter Schnee entstand.[6] Die erste Druckluftschneekanone wurde 1950 von Art Hunt, Dave Richey und Wayne Pierce vom amerikanischen Ski-Hersteller Tey Manufacturing als Reaktion auf einen Winter ohne Schnee erfunden und 1954 zum Patent[7] vergeben – welches jedoch später aufgrund der früheren Forschungsarbeiten für nichtig erklärt wurde. 1958 meldete der Amerikaner Alden Hanson die erste Propellerschneekanone zum Patent an, welches 1961 erteilt wurde.[8][9][10] Die Erfindung einer kompletten Beschneiungsanlage mit einem Lanzensystem (Oktober 1970) geht auf Herman K. Dupré zurück, aus diesem Grund bezeichnet man derartige Anlagen meist als HKD-Anlage. (US Patent 3,706,414)

Die erste europäische Niederdruck-Schneekanone konstruierte 1968 Fritz Jakob von der Firma Linde.[11]

Ökologische und ethische Problematik[Bearbeiten]

Beim Einsatz von Schneeerzeugern stehen den Ansprüchen der Wintersportler auf möglichst „guten“ Schnee vor allem der hohe technische Aufwand bzw. die hohen ökonomischen und ökologischen Kosten gegenüber. Kritisiert wird von der OECD der enorme Verbrauch an Wasser und Energie und der damit verbundene langfristige Schaden für die Umwelt.

Die etwa 19000 Schneekanonen in Österreich[12] (Stand Februar 2013) verbrauchen pro Jahr und pro Hektar etwa sechs Millionen Liter Wasser und insgesamt 260.000 MWh Strom. Somit verbrauchen die Schneekanonen Europas soviel Energie wie eine Stadt von 150.000 Einwohnern und soviel Wasser wie eine Großstadt wie Hamburg. Dieses Wasser fehlt während den Wintermonaten in den Gewässern: Forscher haben festgestellt, dass seit Einführung der Schneekanonen bis zu 70 Prozent weniger Wasser in Bächen und Flüssen der französischen Alpen fließt.[13]

Auch kurzfristige Umweltschäden sind dann zu beobachten, wenn für Beschneiungsanlagen eigene Stauseen in vorher unberührten Gebirgsgegenden errichtet und einmalige Ökosysteme zerstört werden, um dem Menschen das Skifahren zu ermöglichen.

Leitfaden für das wasserrechtliche Behördenverfahren von Beschneiungsanlagen (Österreich)[Bearbeiten]

Der österreichische Leitfaden soll eine bundesweit einheitliche Orientierung für Behörden, Sachverständige, Planer und Betreiber für das wasserrechtliche Behördenverfahren von Beschneiungsanlagen geben, ohne der Einzelfallprüfung vorzugreifen. Dabei soll Planungssicherheit bei Neubewilligungen und bevorstehenden Wiederverleihungen hergestellt werden.

  • Band 1 umfasst: Bewilligung und Überprüfung von Neuanlagen
  • Band 2 umfasst: Wiederverleihungsverfahren von bestehenden Wasserrechten, Wiederkehrende Überprüfung, Vorkehrungen bei Erlöschung von Wasserbenutzungsrechten

Die Unterlagen wurden unter der Leitung von Dipl.Ing. Thomas Eistert, Wasserwirtschaft Land Salzburg, in Zusammenarbeit mit allen betroffenen Bundesländern, dem Lebensministerium (Oberste Wasserrechtsbehörde, Staubeckenkommission, Wildbach- und Lawinenverbauung) und mit Unterstützung durch externe Experten ausgearbeitet. Der Fachverband der Seilbahnen und die Kammer der Architekten und Ingenieurkonsulenten wurden als Interessensvertreter eingebunden.[14]

Snowfarming[Bearbeiten]

Wird Schnee in einem Winter für die nächste Wintersaison vorfabriziert wird das Snowfarming, quasi Anbau von Schnee genannt. Man nutzt dabei möglichst kalte Tage des Winters um Schnee zu erzeugen, lagert diesen oben isoliert abgedeckt ein, um über den Sommer zu bewahren und im Spätherbst zu ernten. In Ramsau am Dachstein wurde 2013 diese in der Schweiz schon länger verwendete Methode erstmals angewandt: Im kalten Januar wurden 5.000 m³ Schnee etwa 10 m hoch angehäuft, mit rund 1 m dick Hackschnitzel, Vlies und Folie abgedeckt und in den ersten Novembertagen aus der den Sommer überdauernden Menge von dann 3.000 m³ eine Langlaufloipe auf der grünen Wiese geschaffen. Einige Wochen bevor die Nachttemperaturen die Erzeugung von Neuschnee erlaubt hätten. Eigentlich geht die Lagerung von Schnee und Eis – zur Kühlung von Bier und Fleisch – in Eiskellern zurück ins 18. Jahrhundert. Das Wort Eiskasten, das bis etwa 1900/1920 Geborene auch noch für den modernen Haushaltskühlschrank mit Kältemaschine verwendeten, geht zurück auf die Zeit, als noch der Eismann das Eis in die Straßen brachte, das zerhackt ins Eisfach aus verlötetem Zinkblech gefüllt wurde und dessen Schmelzwasser das Abteil darunter kühlte.[15]

Literatur[Bearbeiten]

  • Thomas Eistert (Leitung): Leitfaden für das wasserrechtliche Behördenverfahren von Beschneiungsanlagen. Band 1 und Band 2 http://www.salzburg.gv.at/leitfaden_beschneiungsanlagen.htm
  • Stephanie Krauss: Beschneiungsanlagen in Bayern – naturschutzfachliche Anforderungen an die Genehmigungspraxis. Diplomarb., Techn. Univ., München/Freising-Weihenstephan 2002
  • Gernot Lutz: Beschneiungsanlagen in Bayern: Stand der Beschneiung, potenzielle ökologische Risiken. Bayerisches Landesamt für Umweltschutz, München 2000, S. 72–74, PDF
  • Hermann Hinterstoisser (Verantw.): Richtlinien für die Errichtung und den Betrieb von Beschneiungsanlagen im Land Salzburg. In: Naturschutz-Beiträge. Nr. 12, Amt d. Salzburger Landesregierung, Naturschutzreferat, Salzburg 1997, ISBN 3-901848-13-4
  • B. Gerl: Lautstark rieselt der Schnee. In: Spektrum der Wissenschaft. Februar 2006, S. 52–53.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatSchneekanonenanlage als Kraftwerk. In: ORF Newsarchiv. 13. August 2008, abgerufen am 17. August 2008.
  2.  Heinz Bayer: Strom aus Beschneiungsanlage. In: Salzburger Nachrichten, Regionalteil Aus Stadt und Land. 14. August 2008, S. 1, 11.
  3. Beschneiungsanlagen und Kunstschnee (UmweltWissen – Bayerisches Landesamt für Umwelt; PDF; 280 kB)
  4. „Ökologie von Schneeanlagen“ auf das-hoechste.de
  5. „Schnee um jeden Preis?“ auf salzburg.com
  6. Herr Holle und der Schnee von morgen, weltbildung.com
  7. US Patent 2676471
  8. US Patent 2968164
  9. Making Snow, About.com
  10. Die Technik hinter der Schneekanone, Spektrum der Wissenschaft, 9. Dezember 2006
  11. [1] (Version vom 23. Januar 2009 im Internet Archive)Vorlage:Webarchiv/Wartung/Linktext_fehlt
  12. David Krutzler: Schneegarantie durch 19.000 Kanonen. derStandard.at. 28. Februar 2013. Abgerufen am 18. Mai 2013.
  13. Was kostet Schnee. In: Capital, 18. Januar 2007, S. 16.
  14. Leitfaden Beschneiungsanlagen, Land Salzburg, Wasserwirtschaft
  15. http://steiermark.orf.at/news/stories/2613996/ Ramsau setzt auf Schnee von gestern, ORF.at vom 10. November 2013

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Schneekanone – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Schneekanone – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen