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Energetische und klimatische Bewertung der Luftentfeuchtung im geschlossenen Gewächshaus

Authors:

Abstract

Werden Gewächshäuser geschlossen betrieben, kommt es zu einer Akkumulation von Wasserdampf im Inneren. Dies kann phytosanitäre Probleme verursachen oder physiologische Funktionen wie die Fruchtbildung beeinflussen. Hierzu gibt es differente Aussagen. So konnte bei Versuchen am IGZ ein Zusammenhang zwischen hoher relativer Luftfeuchte und verminderter Fruchtanzahl beobachtet werden, während eine Untersuchung in der ZINEG-Versuchsanlage der HU Berlin zeigte, dass im geschlossenen Kollektorgewächshaus (rF > 80 %) sogar höhere Anteile der Blüten-/Fruchtanzahl als im konventionellen Vergleichsgewächshaus auftraten. In der gärtnerischen Praxis werden häufig Entfeuchtungsroutinen eingesetzt. Hierbei ist die entscheidende Voraussetzung für eine Entfeuchtungsoptimierung die Kenntnis der maximal zulässigen Luftfeuchte, um den Bestand trocken zu halten. Gewächshäuser können mit Hilfe von Wärmpumpen gekühlt und entfeuchtet werden. Wird hierbei die bei der Entfeuchtung freiwerdende Wärme in das Gewächshaus zurückgeführt, entsteht ein geschlossener Stoff- und Energiekreislauf. Es ist zu untersuchen, ob dies energetisch günstiger ist, als das konventionelle Trockenheizen. Während einer 4-stündigen Messung konnte dem geschlossenen Gewächshaus, mittels im Dachraum angeordneter Kühlrippen, eine Kondensatmenge von ca. 88,6 l Wasser entzogen werden. Dies entspricht nahezu der in dieser Zeit gemessenen gesteigerten Transpirationsmenge von etwa 87,1 l. Die relative Luftfeuchte sank dabei lediglich um 3 %. Die Transpiration hingegen, wurde zeitgleich um den Faktor 3 bis 4 gesteigert. Der Taupunktabstand konnte von -0,1 K auf 0,7 K erhöht werden. Durch die Entfeuchtung wurden erhebliche Wasserdampfmengen umgesetzt. Dies zeigt, dass die Messgröße relative Luftfeuchte zur Steuerung der Entfeuchtung im Gewächshaus ungeeignet ist. Es sollte deshalb auch nicht von der Entfeuchtung, sondern von einer Taupunktkontrolle gesprochen werden. In diesem Kontext ergäbe sich eine noch viel höhere Steuerpräzision aus der Nutzung von Transpirationsmessgeräten, da hiermit die notwendige Minimaltranspiration exakt angesteuert werden kann. Aus energetischer Sicht erscheint die Entfeuchtung mittels elektrischer Wärmepumpen als sinnvoll, da die latenten Wärmeströme in sensible Wärme zurückgewandelt werden. Im untersuchten Fall hätte durch ein konventionelles Ablüften, eine latente Wärmemenge von 55 kWh und eine sensible Wärmemenge von mindestens 150 kWh durch Nachheizen ersetzt werden müssen. In diesem Zusammenhang könnten bei entsprechend hohen Leistungszahlen des Wärmepumpenprozesses (COP > 4), elektrische Wärmepumpen vorteilhafter für die Entfeuchtung im Gewächshaus eingesetzt werden.
ZINEG
Z
I
N
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Z
UKUNFTS
I
NITIATIVE
N
IE
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Z
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Energetische und klimatische BEnergetische und klimatische B
Energetische und klimatische BEnergetische und klimatische B
Energetische und klimatische BEnergetische und klimatische B
imim
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im im
Ingo Schuch
12
Dennis Dannehl
1
Ingo Schuch
1,2
, Dennis Dannehl
1
,
1
Humboldt
-
Universität
zu Berlin, Landwirtschaftlich
-
Humboldt
Universität
zu Berlin, Landwirtschaftlich
2
Leibniz
Institut für Gemüse und Zierpflanzenbau Großbe
2
Leibniz
-
Institut für Gemüse und Zierpflanzenbau Großbe
Bei
geschlossenen
Gewächshäusern
kommt
es
im
Inneren
zu
einer
Anreicherung
Bei
geschlossenen
Gewächshäusern
kommt
es
im
Inneren
zu
einer
Anreicherung
Funktionen
beeinflussen
Daher
werden
häufig
Entfeuchtungsroutinen
eingesetzt
Funktionen
beeinflussen
.
Daher
werden
häufig
Entfeuchtungsroutinen
eingesetzt
if di
Rti
it
di
Kti
d
il
lä i
Lftf ht
energieaufwendigen
Routinen
ist
die
Kenntnis
der
maximal
zulässigen
Luftfeuchte
mit
Klimatechnik,
dieser
Dampf
durch
erhöhte
Transpiration
nachgeliefert
wird
(A
t
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d
(
und
entfeuchtet
werden
Wird
nun
die
bei
der
Entfeuchtung
freiwerdende
Wärm
und
entfeuchtet
werden
.
Wird
nun
die
bei
der
Entfeuchtung
freiwerdende
Wärm
Energiekreislauf
Es
ist
zu
untersuchen
mit
welchen
Energieaufwendungen
dies
v
Energiekreislauf
.
Es
ist
zu
untersuchen,
mit
welchen
Energieaufwendungen
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v
In
einem
307
Venlogewächshaus
mit
Kühlrippenrohren
im
Dachraum
(A
g
pp
(
wurde
dabei
in
sensible
Wärme
umgewandelt
und
dem
Gewächshaus
wieder
zu
wurde
dabei
in
sensible
Wärme
umgewandelt
und
dem
Gewächshaus
wieder
zu
an
Tomatenpflanzen
(Abb
3
)
wurden
die
Stoff
und
Energieströme
ermittelt
D
an
Tomatenpflanzen
(Abb
.
3
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wurden
die
Stoff
-
und
Energieströme
ermittelt
.
D
bi
(Ph
1
)
Wäh d
d
hli ß d
Kühlb i b
i
Dh
gearbeitet
(Phase
1
)
.
Während
des
anschließenden
Kühlbetriebs
im
Dachraum,
w
Abschließend
wurde
die
gesamte
Wärmeenergie
in
das
Gewächshaus
zurückgefüh
Abschließend
wurde
die
gesamte
Wärmeenergie
in
das
Gewächshaus
zurückgefüh
°
C
r in
°
ratur
Lf d
Rippenrohre
Anzahl: 16
mper
Luftzustand
Anzahl: 16
Länge
: 342
m
fttem
Länge
: 342
m
Oberfläche: 684 m²
Luf
Bl tt t d
PAI
: 2.2
m²/m²
Blattzustand
Kapazität
ühll i 333 / ²
Kühlleistung:333 W/m²
Abb 1:
Heizen
und Trocknen führt zur
Vergrößerung der
Abb 2:
Mit
Hi
Abb. 1:
Heizen
und Trocknen führt zur
Vergrößerung der
Dampfkonzentrationsdifferenz und somit zum Anstieg
Abb. 2:
Mit
Hi
Rippenrohre w
Dampfkonzentrationsdifferenz und somit zum Anstieg
der Transpiration
Rippenrohre w
Wasserdampf
der Transpiration
Wasserdampf
100
Kühlleistung
80
Kühlleistung
Heizleistung Kollektor
60
W]
Heizleistung Kollektor
Elektroleistung WP
40
[kW
Elektroleistung WP
Heizleistung Referenz
20
ung
Heizleistung Referenz
Heizleistung gesamt
0
eistu
Heizleistung gesamt
-20
mele
-40
Wärm
-60
W
-80
Phase 1
Phase 2
Phase 3
-100
25
Phase 1
Phase 2
Phase 3
25
Lufttemperatur innen
24
Blatttemperatur
23
[
°C]
p
Taupunkttemperatur
tur [
Taupunkttemperatur
relative Feuchte innen
22
perat
relative Feuchte innen
lti F ht
21
emp
relative Feuchte aussen
Te
20
40
19
35
40
/h]
Kondensatleistung
30
35
ge
[l
Transpiration
25
30
meng
VCD g/kg
20
25
serm
Taupunktabstand
15
Wass
10
te W
5
setzt
0
mges
-5
um
Abb 4:
Phase
1: geschlossener Betrieb ohne Kühlung Phase 2
: Kühlung und konstante
Abb. 4:
Phase
1: geschlossener Betrieb ohne Kühlung, Phase 2
: Kühlung und konstante
Ph
3
Kühl i D h d
Nt
d
Tt
Phase
3
: Kühlung im Dachraum und
Nutzung
der gewonnenen
Wärme
zur Temperature
Mi
Hilf
d
i
Dh
d
Kühl i
k
d
hh
i
Mit
Hilfe
der
im
Dachraum
angeordneten
Kühlrippen
konnte
dem
Gewächshaus
in
gemessenen
gesteigerten
Transpirationsmenge
von
87
,
1
l
.
Die
relative
Luftfeucht
gemessenen
gesteigerten
Transpirationsmenge
von
87
,
1
l
.
Die
relative
Luftfeucht
Faktor
3
bis
4
gesteigert
Der
Taupunktabstand
bzw
die
Dampfkonzentrationsdiff
Faktor
3
bis
4
gesteigert
.
Der
Taupunktabstand
bzw
.
die
Dampfkonzentrationsdiff
Di
it
d
di
ß
lti
Lftf ht
St
d
E
Dies
zeigt,
dass
die
Messgröße
relative
Luftfeuchte
zur
Steuerung
der
E
von
Entfeuchtung
sondern
von
einer
Taupunktkontrolle
gesprochen
w
g
p
gp
Transpirationsmessgeräten
da
somit
die
notwendige
Minimaltranspiration
exakt
a
Transpirationsmessgeräten,
da
somit
die
notwendige
Minimaltranspiration
exakt
a
Aus
energetischer
Sicht
erscheint
die
Entfeuchtung
mittels
Wärmepumpen
Aus
energetischer
Sicht
erscheint
die
Entfeuchtung
mittels
Wärmepumpen
hätte
beim
Ablüften
eine
latente
Wärmemenge
von
60
kWh
und
eine
sensible
g
Hierzu
könnten,
bei
Leistungszahlen
>
4
,
elektrische
Wärmepumpen
vo
Hierzu
könnten,
bei
Leistungszahlen
>
4
,
elektrische
Wärmepumpen
vo
Projektförderung:
Projektförderung:
Förderung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsich
Förderung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsich
Landwirtschaftlichen Rentenbank unter Federführung des Bundesministeriums f
ü
r
Landwirtschaftlichen Rentenbank unter Federführung des Bundesministeriums f
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Vb h ht itUt tüt d B d tltfüL dithft dE
Verbraucherschutz mit Unterstützung der Bundesanstalt für Landwirtschaft und E
E
G
Ä
EDRIG
E
NERGIE
G
EWÄCHSHAUS
EDRIG
E
NERGIE
G
EWÄCHSHAUS
Bewertung derBewertung der
LuftentfeuchtungLuftentfeuchtung
Bewertung derBewertung der
LuftentfeuchtungLuftentfeuchtung
Bewertung der Bewertung der
Luftentfeuchtung Luftentfeuchtung
nen Ge ächsha snen Ge ächsha s
nen Gewächshausnen Gewächshaus
nen Gewächshausnen Gewächshaus
Thorsten Rocksch
1
Uwe Schmidt
1
Thorsten Rocksch
1
, Uwe Schmidt
1
-
Gärtnerische Fakultät,
Fachgebiet Biosystemtechnik
Gärtnerische Fakultät,
Fachgebiet Biosystemtechnik
eeren/Erfurt Abteilung Modellierung und Wissenstransfer
eeren/Erfurt, Abteilung Modellierung und Wissenstransfer
von
Wasserdampf
.
Dies
kann
zu
phytosanitären
Problemen
führen
oder
physiologische
von
Wasserdampf
.
Dies
kann
zu
phytosanitären
Problemen
führen
oder
physiologische
t
um
die
Luftfeuchte
zu
senken
Entscheidende
Voraussetzung
zur
Optimierung
dieser
t,
um
die
Luftfeuchte
zu
senken
.
Entscheidende
Voraussetzung
zur
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dieser
d
Btd
tk
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bi
Et
Wdf
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um
den
Bestand
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zu
halten
.
Bekannt
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Abb
.
1
)
.
Mit
Hilfe
von
Wärmepumpen/Kältemaschinen
können
Gewächshäuser
gekühlt
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t
e
o
ä epu pe / ä te asc e
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Ge äc s äuse
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meenergie
in
das
Gewächshaus
zurückgeführt
entsteht
ein
geschlossener
Stoff
-
und
meenergie
in
das
Gewächshaus
zurückgeführt,
entsteht
ein
geschlossener
Stoff
und
verbunden
ist
und
nach
welchen
Steuergrößen
günstiger
Weise
entfeuchtet
wird
verbunden
ist
und
nach
welchen
Steuergrößen
günstiger
Weise
entfeuchtet
wird
.
Abb
.
2
)
wurde
die
Luft
entfeuchtet
.
Die
durch
Transpiration
entstandene
latente
Wärme
)
p
geführt
Durch
Messung
der
Wärmemengen
der
Kondensation
und
Blatttranspiration
geführt
.
Durch
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der
Wärmemengen,
der
Kondensation
und
Blatttranspiration
Dabei
wurde
an
einem
einstrahlungsarmen
und
feuchten
Tag
zunächst
ohne
Kühlung
Dabei
wurde
an
einem
einstrahlungsarmen
und
feuchten
Tag
zunächst
ohne
Kühlung
d
il
ük füh
d
Sll
20
°
C
hl
(Ph
2
)
urde
nur
soviel
Wärme
zurückgeführt,
um
den
Sollwert
von
20
°
C
zu
halten
(Phase
2
)
.
hrt
(Phase
3
)
.
hrt
(Phase
3
)
.
Abb. 3:
Mit Hilfe neu entwickelter
ilfe der im Dachraum angeordneten
Abb. 3:
Mit Hilfe neu entwickelter
Phytomonitore wird die pflanzliche
ilfe der im Dachraum angeordneten
wird
dem
Kollektorgewächshaus
Phytomonitore wird die pflanzliche
Transpirationsleistung gemessen
wird
dem
Kollektorgewächshaus
entzogen
Transpirationsleistung gemessen
entzogen
Energie
und
Stoffumsätze
Phase
2
bis 3
Wert
Einheit
Transpirationssumme
durch Kühlung
87,1
l
a sp at o ssu e
du c ü u g
8,
Kondensatmenge
88 6
l
Kondensatmenge
88,6
l
latenter Energieeintrag
durch
Transpiration
59 3
kWh
latenter Energieeintrag
durch
Transpiration
59,3
kWh
Eit
d h Kühl
200 1
kWh
Energieentzug
durch Kühlung
200,1
kWh
davon
latenter
Energieentzug (Kondensation)
60,3
kWh
davon sensibler Energiegewinn
139,8
kWh
gg
,
Heizwärmebedarf
für das Kollektorhaus
115,3
kWh
100
Heizwärmebedarf
für das Kollektorhaus
115,3
kWh
produzierte
Gesamtwärmeenergie
194 5
kWh
100
produzierte
Gesamtwärmeenergie
194,5
kWh
benötigte
Elektroenergie
46 3
kWh
90
[%]
benötigte
Elektroenergie
46,3
kWh
btt
Pi ä i
120 4
kWh
80
hte [
bewertete
Primärenergie
120,4
kWh
70
euch
Leistungszahl
(Wärmepumpe
+ Verbraucher)
4,2
-
60
uftfe
g
(pp
)
Primary
Energy
Ratio
1,6
-
50
60
ve Lu
Primary
Energy
Ratio
1,6
-
Tab. 1:
Energie
und
Stoffumsätze beim Trockenkühlen
50
lativ
40
rel
2
30
2
Klima
und Pflanze
Phase
1
Phase 2
Phase 3
1,5
C]
Klima
und Pflanze
Phase
1
Phase 2
Phase 3
Lufttemperatur
20 6
20 6
23 1
°
C
1
d [
°
]
Lufttemperatur
20,6
20,6
23,1
C
Pflanzentemperatur
20 3
20 1
22 6
°
C
1
stand
/kg]
Pflanzentemperatur
20,3
20,1
22,6
C
relative Luftfeuchte
98 8
95 9
93 9
%
0,5
tabs
D
[g/
relative Luftfeuchte
98,8
95,9
93,9
%
Tktbtd
01
02
08
K
0
unkt
VCD
Taupunktabstand
-
0,1
0,2
0,8
K
aupu
Dampfdruckdifferenz
-
0,1
0,2
0,7
g/kg
-
0,5
Ta
Transpiration
5,1
14,0
19,2
mg/m
2
s
-1
Ä
p
,
,
,
g/
Tab.
2
:
Änderung
der Bestandsbedingungen
e Lufttemperatur
e Lufttemperatur,
höh d L ft
erhöhung der Luft
4
Sd
88
6
l
W
d
Di
ih
h
d
i
di
Zi
n
4
Stunden
88
,
6
l
Wasser
entzogen
werden
.
Dies
entspricht
nahezu
der
in
dieser
Zeit
te
sank
dabei
lediglich
um
3
%
.
Die
pflanzliche
Transpiration
wurde
zeitgleich
um
den
te
sank
dabei
lediglich
um
3
%
.
Die
pflanzliche
Transpiration
wurde
zeitgleich
um
den
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(VCD)
konnte
von
-
0
1
auf
0
8
K
(entspricht
:
-
0
1
auf
0
7
g/kg)
erhöht
werden
ferenz
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konnte
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-
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,
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K
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:
-
0
,
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auf
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,
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g/kg)
erhöht
werden
.
Etf ht
i
hh
it
it
E
llt
dhlb
h
iht
Entfeuchtung
im
Gewächshaus
ungeeignet
ist
.
Es
sollte
deshalb
auch
nicht
werden
.
Hierzu
ergäbe
sich
eine
weitaus
höhere
Steuerpräzision
durch
Nutzung
von
g
p
g
angesteuert
werden
könnte
angesteuert
werden
könnte
.
n
sinnvoll
da
latente
in
sensible
Wärme
zurückgewandelt
wird
Im
untersuchten
Fall
n
sinnvoll,
da
latente
in
sensible
Wärme
zurückgewandelt
wird
.
Im
untersuchten
Fall
Wärmemenge
von
mindestens
140
kWh
durch
Nachheizen
ersetzt
werden
müssen
.
g
rteilhafter
für
die
Entfeuchtung
im
Gewächshaus
eingesetzt
werden
.
rteilhafter
für
die
Entfeuchtung
im
Gewächshaus
eingesetzt
werden
.
Ktkt
Kontakt
:
herheit sowie der
schuch@igzev de
herheit sowie der
rErn
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hrung Landwirtschaft und
schuch@igzev.de
id
r Ern
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hrung, Landwirtschaft und
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www.zineg.de
rnährung.
www plantputer com
www.plantputer.com
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