mini|Schneeerzeuger in Betrieb mini|Skipiste mit Kunstschnee, Savognin (Schweiz)
Mit Schneekanonen, Beschneier oder Schneeerzeuger wird mit Hilfe von zugeliefertem Wasser mittels eines Luftstroms Schnee technisch erzeugt. Der Begriff Schneeerzeuger wird im technischen Sprachgebrauch oft für eine Schneekanone verwendet, auch wenn Schneilanze (oder Schneelanze) genauso diesem Begriff zugeordnet ist.
Die Beschneiungsanlage ist die Gesamtheit der Komponenten einer technischen Beschneiungseinrichtung zur maschinellen Erzeugung von Schnee. Komponenten einer Beschneiungsanlage sind Wasserspeicher, Pumpen, Kompressoren, Wasser-/Luft-/Stromzuleitungen und Schneeerzeuger.
Sie werden in Wintersport-Gebieten eingesetzt, wenn durch zu geringen Schneefall oder durch Tauwetter die Schneehöhe zur Ausübung von Wintersportarten, wie beispielsweise Skifahren und Snowboarden, nicht ausreicht. Damit soll die Schneesicherheit und damit die Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Skigebieten erhöht oder angesichts der klimatischen Veränderungen erhalten werden.
In Österreich wurde ein bundesweit einheitlicher Leitfaden für das wasserrechtliche Behördenverfahren zu Beschneiungsanlagen herausgegeben.
Begriffsbestimmung Der durch Schneekanonen erzeugte Schnee wird durch verschiedene Begrifflichkeiten abgebildet, die die Konnotation der Befürworter und Gegner von Beschneiungsanlagen widerspiegeln. Die jeweils verwendeten Begriffe – Kunstschnee, technischer Schnee, Maschinenschnee oder Kompaktschnee – beschreiben dabei die Herstellung oder die Eigenschaften des Schnees. So beziehen sich die ersten drei synonym verwendeten Begriffe auf die Herstellung, während Kompaktschnee die Eigenschaften des mit Hilfe von Beschneiungsanlagen erzeugten Schnees wiedergibt. Der letzte Begriff nimmt Bezug darauf, dass die runde Form der Schneekristalle eines mit Schneekanonen hergestellten Schnees von ihrer Lagerungsdichte her einer kompakten Altschneedecke ähneln, und nicht mit der einer Neuschneesdecke zu vergleichen ist. Der Begriff Kompaktschnee konnte sich im allgemeinen Sprachgebrauch nicht durchsetzen. In der Fachliteratur hat dagegen der Begriff Basisschnee Einzug gehalten. Er leitet sich vermutlich aus der üblichen Praxis ab, dass vor der Wintersaison eine „Grund-“ oder „Basisbeschneiung“ durchgeführt wird.Ulrike Pröbstl-Haider, Christian Weiler: Technische Beschneiung und Umwelt: Hintergründe, Prozesse, Auswirkungen. S. 2.
Technische Verfahren Die Propellerkanone und die Schneelanze als die meist in Skigebieten angewendeten Geräte sowie die Druckluftkanone ahmen die natürliche Entstehung von Schnee nach, bei der kleine Wassertropfen langsam kristallisieren und so die charakteristische Form der Schneekristalle ausbilden können. Die aus den Geräten austretenden Wassertropfen verdunsten in der trockenen Winterluft teilweise, wodurch sie abkühlen. Ist der Gefrierpunkt erreicht, kristallisieren sie an den Kristallisationskeimen. Je trockener die Umgebungsluft ist, desto besser wirkt der Abkühlungsvorgang und umso effektiver arbeiten die Geräte. Kühlwirkung entsteht durch die Entspannung verdichteter Luft.
Propellermaschine Zentrales Element ist ein Ventilator bzw. ein Turbokompressor, der in einem Rohr einen starken Luftstrom erzeugt. Rings um den Rohrausgang befindet sich der Düsenstock mit zumeist mehreren Kränzen. Außen sind meist Nukleatordüsen (Mischdüsen Wasser und Druckluft), sie produzieren kleine Eiskristalle als Kristallisationskeime. Die inneren Düsen versprühen Wasser. Die Druckluft wird im Gerät mit einem (luftgekühltem) Kompressor erzeugt. Der Kühleffekt ergibt sich aus der Entspannung der Luft vom Ventilator und der Druckluft sowie aus der Verdunstungskälte. Die Menge der Wassertropfen muss den Witterungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie der Wurfweite angepasst werden, um optimale Eigenschaften des technischen Schnees zu erreichen. Die Propellerkanone ist in großen Einheiten herstellbar, hat dementsprechend einen hohen Geräuschpegel und wird stationär oder mobil eingesetzt.
Schneelanze Schneelanzen oder Schneilanzen bestehen aus einem charakteristischen, bis zu 14 Meter langen, senkrechten oder schrägen Aluminiumrohr. An der Spitze befinden sich Wasser- sowie Luft- bzw. Nukleatordüsen. In das bei Austritt aus der Wasserdüse zerstäubte Wasser wird Druckluft geblasen. Die 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. Die Geräte haben vergleichsweise geringe Leistungen, kleine Reichweiten und eine stärkere Windempfindlichkeit. Vorteile gegenüber Propellerkanone sind niedrigere Investitionen (nur Leitungssystem mit Luft- und Wasseranschluss, zentrale Kompressorstation), geringe Lautstärke, halber Energieverbrauch pro Schneemenge. Sie sind wartungs- und verschleißarm.
Druckluftkanone Aus einer Düse tritt ein Wasser-Druckluft-Gemisch mit einem Druck von 5–10 bar aus. Bei der Ausdehnung auf Normaldruck kühlt das Luft-Wasser-Gemisch ab, sodass die Wassertröpfchen gefrieren können. Druckluftkanonen liefern eine vergleichsweise gute Schneeleistung im Grenztemperaturbereich um 0 °C. Sie haben einen hohen Energieverbrauch für die Luftkompression zur Kälteerzeugung. Das Verfahren weist eine geringe Windempfindlichkeit auf. Die Schallleistungspegel von Druckluftkanonen sind im Vergleich zu anderen Verfahren hoch.
Weitere Verfahren 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 funktioniert unabhängig von der Außentemperatur, allerdings entstehen nur Eissplitter, nicht Schneeflocken. Jene eignen sich nur schlecht zum Skifahren. Das Verfahren wird hauptsächlich für Veranstaltungen und Werbezwecke verwendet.
Kryo-Kanone Wasser und Druckluft werden mit Flüssigstickstoff (liquid nitrogen, kurz LN) vermischt ausgebracht. LN wird tiefkalt und fast drucklos im Sattelauflieger-Tank geliefert und kühlt die umgebenden Medien Wasser und Luft, indem er siedet. Durch den niedrigen Siedepunkt von Stickstoff lässt sich auch bei hohen Umgebungstemperaturen Schnee erzeugen. Den hohen Kosten entsprechend wird das Verfahren nur bei Veranstaltungen eingesetzt.
Vakuum-Schneeerzeuger Ein Vakuum verdampft einen Teil des Wassers in einem Behälter eines sogenannten „Freezers“, wodurch aufgrund der Verdunstungskälte ein Wasser-Eis-Gemisch entsteht, das in einen „Schnee-Separator“ gepumpt wird, wo die Eisteilchen abgeschieden und ausgestoßen werden. Auf Grund seiner Größe ist der Erzeuger nur mittels Lastkraftwagen 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 zweckmäßiger Propeller- bzw. Lanzensysteme eingesetzt werden.
Eigenschaften von technisch erzeugtem Schnee 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 technischem Schnee. Zu den Umweltbedingungen zählen vor allem die Temperatur und Luftfeuchtigkeit, aber auch der Luftdruck.
Technischer Schnee 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 führen dazu, dass die Albedo (Maß für das Rückstrahlvermögen) geringer als die von Naturschnee ist und die Wärmeleitfähigkeit der technisch erzeugten Schneedecke höher ist. Direkt nach dem Beschneien können in den Eiskügelchen Wassereinschlüsse beobachtet werden.
Technischer Schnee unterscheidet sich in seiner Form von Naturschnee dadurch, dass Naturschnee bei Wasserdampf-Übersättigung, bei geringerem Luftdruck und sehr viel langsamer entsteht.
Kunstschnee ist durch höhere Wärmebeständigkeit, höhere Dichte, verbunden mit kompakterer und härterer Beschaffenheit gekennzeichnet. Technischer Schnee schmilzt langsamer als Naturschnee und bildet weniger schnell Buckel.
Energie- und Wasserverbrauch mini|Speicherteich (Schafkögl) für das Skigebiet Hinterstoder-Höss, Oberösterreich
Eine einfache Faustformel besagt, dass zur Erzeugung von zwei Kubikmetern Kunstschnee sechs Kilowattstunden Energie und ein Kubikmeter Wasser benötigt werden. Jedoch hängt der tatsächliche Ressourcenverbrauch von einigen Faktoren ab und kann dabei stark variieren.
Ressourcenbilanz am Beispiel einer Propellerkanone mit 24 kW (Ventilator 15 kW, Kompressor 4 kW, Düsenheizung 4 kW, Sonstiges 1 kW):
Bei −3 °C sei ein Wasserdurchsatz von beispielsweise 1 Liter/Sekunde möglich und ergibt eine Schneeleistung von 9 m³/Stunde (Schneedichte 400 kg/m³), was einer Effizienz von etwa 3 kWh/m³ Schnee entspricht. Bei −10 °C kann die gleiche Maschine mit beispielsweise 7 Litern Wasser pro Sekunde arbeiten und erzeugt etwa 60 m³/h Kunstschnee. Das heißt, dass der Wirkungsgrad einer Beschneiungsanlage mit sinkender Temperatur steigt.
Weitere Energie muss für eine Hochdruckpumpe zur Wasserversorgung aufgewendet werden. Je nachdem, ob aus dem Tal oder aus einem Speicherteich, der höher liegt als der Aufstellort der Schneekanone, gefördert wird, variiert die erforderliche Leistung.
Im Sommer 2008 wurde im österreichischen Rauris eine Beschneiungsanlage in Betrieb genommen, die zusätzlich mit einem kleinen Wasserkraftwerk bestückt ist. Am oberen Ende der Wasserleitung befindet sich ein Teich, aus dem sowohl die Beschneiungsanlage als auch das Kleinkraftwerk gespeist werden. 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.
Etwa 19.000 Schneekanonen gab es 2013 in Österreich. Pro Saison und pro Hektar mit Kunstschnee beschneiter Fläche wurden 2019 mehr als 4,5 Millionen Liter Wasser benötigt.So schlecht sind Schneekanonen für die Umwelt, Westdeutscher Rundfunk Köln am 21. März 2019, abgerufen am 5. Feb. 2022 Allein in Österreich wurden 2014 geschätzt 250.000 MWh Strom zur Beschneiung verbraucht.Brigitte Röthlein: Neuartige Schneekanone schont die Umwelt, 19. Dez. 2014, abgerufen am 5. Feb. 2022 Die Alpinen Schneekanonen verbrauchten 2019 etwa so viel Energie wie 130.000 4-Personen-Haushalte.
In der Schweiz werden für die künstliche Beschneiung jährlich um die 60 bis 65 Gigawattstunden Strom verbraucht, was etwa 0,1 Prozent der in der Schweiz produzierten elektrischen Energie entspricht. Stark zugenommen hat die künstliche Beschneiung in der Schweiz ab den 1990er-Jahren. Waren 1991 erst rund ein Prozent der Pisten künstlich beschneibar, so waren es 2021 bereits 54 %. Dabei beträgt der jährliche Wasserverbrauch in etwa 13 Milliarden Liter.
Feuchtkugeltemperatur