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Energetische, pflanzenbauliche und ökonomische Bewertung des Konzeptes geschlossenes Gewächshaus zur Nutzung solarer Überschusswärme

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Abstract

Seit vielen Jahren wird das Konzept semigeschlossenes Gewächshaus für den Gemüsebau weiterentwickelt. Ziel ist es, den Heizenergiebedarf zu senken, die durch Verwendung fossiler Brennstoffe entstehenden CO2-Emissionen drastisch zu vermindern und höhere Erträge durch länger zu realisierende CO2-Anreicherung am Tage zu erzielen. Für die Wirtschaftlichkeit dieser Innovation müssen sich die notwendigen Zusatzinvestitionen für die Solarenergiegewinnung und -anwendung in kurzer Zeit amortisieren.
VORTRÄGE / SESSION 8 / TECHNIK 2
Energetische, pflanzenbauliche und ökonomische Bewertung des Konzeptes
geschlossenes Gewächshaus zur Nutzung solarer Überschusswärme
Uwe Schmidt, Thorsten Rocksch, Ingo Schuch, Luis Miranda, Dennis Dannehl
Humboldt-Universität zu Berlin
u.schmidt@agrar.hu-berlin.de
Seit vielen Jahren wird das Konzept semigeschlossenes Gewächshaus für den Gemüsebau
weiterentwickelt. Ziel ist es, den Heizenergiebedarf zu senken, die durch Verwendung fossiler
Brennstoffe entstehenden CO2-Emissionen drastisch zu vermindern und höhere Erträge durch
länger zu realisierende CO2-Anreicherung am Tage zu erzielen. Für die Wirtschaftlichkeit die-
ser Innovation müssen sich die notwendigen Zusatzinvestitionen für die Solarenergiegewin-
nung und -anwendung in kurzer Zeit amortisieren. Bei den an der HU Berlin zwischen 2010
und 2014 im Rahmen des ZINEG-Projektes durchgeführten Untersuchungen ging es um den
Nachweis der Funktionsfähigkeit eines neuen Ansatzes zur Kühlung, Integration von Wärme-
pumpentechnik und Wärmespeicherung im semigeschlossenen Gewächshaus. Dafür wurde
ein neues Konzept der Konvektionskühlung im Dachbereich des Gewächshauses (Spiralrip-
penrohre) und des Betriebes von Wärmepumpen zwischen einem oberirdischen großvolumi-
gen Wasserwärmespeicher (Regenwasserreservoirs) untersucht.
Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass in dieser Anlagenkonstellation Kollektorwirkungsgra-
de von 0,5 und Arbeitszahlen der Wärmepumpe zwischen 4,4 (Heizung) und 5,1 (Kühlung) zu
realisieren sind. Die Erträge im Anbau von Tomaten im Kollektorgewächshaus (KH) konnten
gegenüber der Produktion im konventionell klimatisierten Referenzgewächshaus (RH) um bis
zu 31 % gesteigert werden. Es wurden dabei gesundheitsförderliche sekundäre Inhaltsstof-
fe wie Lycopin und ß-Carotin in signifikanter Menge angereichert. Durch die Kultivierung bei
sehr hoher relativer Luftfeuchte, besteht die Gefahr von Pilzkrankheiten und durch die geringe-
ren Transpirationsraten im KH ist auch eine alternative Strategie der Nährstoffversorgung der
Pflanzen erforderlich. Ohne Beachtung dieser wichtigen Bedingungen, kann es auch zu Min-
dererträgen im KH kommen (bis 32 % im Jahr 2013). Ein zusätzlicher Effekt ist die Einsparung
von Wasser. Die Wassernutzungseffizienz konnte zwischen 27 % und 82 % gesteigert werden.
Für die ökonomische Bewertung des Konzeptes wurden die notwendigen Investitionskosten für
die zusätzlich erforderlichen Komponenten wie Kühlung, Wärmepumpe und Speicher ermit-
telt. Infolge wenig zuverlässiger Quellen für Preisangaben ergab sich eine große Spannweite
des investiven Mehraufwandes zwischen 70 und 121 C/m2. Mit Hilfe differenter Erträge und
variabler Preise für Elektroenergie und Heizenergie konnte gezeigt werden, dass unter gegen-
wärtigen Bedingungen (Heizölpreis 0,8 C/l und Elektroenergiepreis für Wärmepumpenstrom
von 0,12 C/kWh) Amortisationszeiten von 4 bis 7 Jahren möglich sind. Es wurden Vorschläge
erarbeitet und patentiert, um die Investitionskosten für die technischen Komponenten der Sola-
renergienutzung weiter zu senken. Daneben werden neue Regelstrategien vorgeschlagen, um
durch pflanzenorientierte Steuerungsalgorithmen den Heizenergiebedarf weiter zu senken und
das Risiko von Pflanzenkrankheiten durch hohe Luftfeuchtigkeiten zu vermindern.
32 BHGL-Tagungsband 31/2015
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