See-Transport von Bananen in einem intelligenten Container
Martin Geyer, Ulrike Praeger, Reiner Jedermann, Walter Lang Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim (ATB) Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und -systeme (IMSAS)
mgeyer@atb-potsdam.de
Bananen aber auch andere tropischen Früchte werden in Kühl-Containern aus Mittel- und Südamerika nach Europa transportiert. Im Gegensatz zu Kühlräumen und Kühl-LKW wird bei Containern die temperierte Luft an der Stirnseite am Boden eingeblasen und nach Durchströmen der Kartons oben abgesaugt. Die Bananen sind in Kunststofffolie in Kartons mit 18,4 kg Masse, 6 je Palettenebene und 8 oder 9 Kartons hoch gestapelt. Ein 40 Fuß Kontainer fasst 20 Paletten bzw. 17,6 Tonnen Bananen. Aufgrund der geringen Abstände zwischen den Kartons können durch die Fruchtatmung sogenannte Hotspots entstehen, in Bereichen die zu wenig mit temperierter Luft (ca. 14 °C) durchströmt werden. Die Bananen entwickeln sich dadurch unterschiedlich schnell, was im schlimmsten Fall durch starke Ethylenbildung zum Verlust der gesamten Ladung führen kann.
Das Ziel des BMBF-Kooperationsprojektes ist es einen Intelligenten Container zu entwickeln, der gleichmäßigere Temperaturverteilungen im Inneren gewährleistet. Durch günstig platzierte Sensoren soll der Temperaturverlauf im Container bzw. in den Kartons exakt abgebildet werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Zur Messung der Temperaturverteilung wurden sowohl mehrere Versuche in einem Versuchscontainer mit Bananen als auch bei der Überfahrt aus Costa Rica nach Antwerpen durchgeführt. Zur Abbildung der Abhängigkeiten zwischen gemessenen Temperaturen an ausgewählten Punkten zwischen den Kartons und den realen Temperaturen in den Kartons wurden Simulationen gerechnet. In Kombination mit einer neuen Anordnung der Paletten wurde eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über den Container erzielt.
http://www.intelligentcontainer.com/
Jedermann, R., Geyer, M., Praeger, U., Lang, W.: Sea transport of bananas in containers – Parameter identification for a temperature model, Journal of Food Engineering, Volume 115, Issue 3, April 2013, Pages 330–338, Available online 7 November 2012, ISSN 0260-8774, 10.1016/j.jfoodeng.2012.10.039.
Vortr¨age / Session 19 / Modellierung gartenbaulicher Prozesse
Einfluss technischer Kühlsysteme auf das Mikroklima in geschlossenen Gewächshäusern
Uwe Schmidt, Ingo Schuch, Dennis Dannehl, Thorsten Rocksch, Luis Miranda-Trujillo Humboldt-Universitaet zu Berlin, FG Biosystemtechnik
u.schmidt@agrar.hu-berlin.de
Um Gewächshäuser als Sonnenkollektoren zu nutzen, müssen Kühleinrichtungen im Inneren eingesetzt werden, um die überschüssige Wärme bei hohen solaren Einstrahlungsraten entziehen zu können. Aus physikalischer Sichtweise ist der Dachraum der geeignete Ort dafür, da warme und feuchte Luft infolge des Dichteunterschiedes aufsteigen. Deshalb wurden im ZINEG Projekt in Berlin Rippenrohrwärmetauscher im Dachraum des Gewächshauses installiert. Für die praktische Umsetzung des Konzeptes Solarkollektorgewächshaus bedeutet dies jedoch erhöhte Investitionen und die Installation der Rippenrohre im Dachraum mindert die Lichtdurchlässigkeit der Gewächsaushülle.
Deshalb wurde geprüft, ob eine Kühlung durch die vorhandene, unter den Kulturrinnen angebrachte Gebläseheizung mit gelochtem Folienschlauch möglich ist.
Im 307 m2 Venlo-Gewächshaus der Kollektoranlage wurde bei hoher Einstrahlung das Gewächshaus mit der Rippenrohrkühlung unter dem Dach und mit der Schlauchgebläseheizung unter der hohen Rinne gekühlt. Dabei wurde die Temperaturschichtung im Pflanzenbestand einer Tomatenkultur mit Hilfe einer Sensorkette bestehend aus 7 übereinander angeordneten Temperatur- und Feuchtesensoren erfasst.
Zusätzlich wurde mit mobilen CO2- und Strömungsmessgeräten der CO2-Gehalt und die Luftgeschwindigkeit erfasst. Im Ergebnis der Messungen konnte festgestellt werden, dass sich bei Kühlung von unten eine extreme vertikale Temperaturschichtung einstellt (25 K).
Bedingt durch die Dichtedifferenz kommt es in der Mitte des Bestandes zu einer Schicht sehr hoher spezifischer Luftfeuchte, die zur Kondensation an den Blättern führte. Auch das CO2 hielt sich am Boden, so dass die Blätter des oberen Bestandsdrittels nicht ausreichend versorgt werden konnten. Selbst bei Minimallüftung und maximaler Gebläseleistung kommt die Luft im Bestand zum Stillstand, was das Problem der Vernässung der Pflanzen zusätzlich befördert. Dagegen erzeugt die Kühlung von oben ein sehr ausgeglichenes Mikroklima im Bestand. Die Temperaturdifferenz betrug nur max.
6 K zwischen Gewächshausboden und Bestandsoberkante, max. 4 K zwischen Boden und Bestandmitte (2.5 m Höhe) und max. 3 K zwischen Boden und Bestandsanfang (1.3 m Höhe). Die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit bei der Rippenrohrkühlung lag bei 0.13 m/s unterhalb der Kulturrinnen, 0.1 m/s im Bestand und 0.12 m/s im Dachbereich.
Schlussfolgernd wird die Rippenrohrkühlung im Dachbereich bei geschlossenen und semi-geschlossenen als mikroklimatisch und energetisch optimal eingeschätzt. Es muss in weiteren Versuchen geprüft werden, ob der Einsatz von Vertikalgebläsen die ungünstigen Bedingungen bei der Kühlung von unten verbessern kann.
Vortr¨age / Session 19 / Modellierung gartenbaulicher Prozesse
Messung und Modellierung der Bodenfeuchtedynamik zur Bewässerungssteuerung
Julius Jacob, Thorsten Rocksch, Uwe Schmidt Humboldt-Universität Berlin, FG Biosystemtechnik
julius.jacob@hu-berlin.de
Unter den verschiedenen Bewässerungsverfahren im Freiland ist die Tropfbewässerung hinsichtlich der Wassernutzungseffizienz führend. Bei dessen Einsatz ist es jedoch wichtig, die stark standortspezifische Dynamik der Wasser- und Nährstoffverteilung eines Bewässe-rungstaktes für die Planung der Bewässerungsintervalle zu berücksichtigen. Die relevanten Parameter Durchwurzelungstiefe und Wasserspeicherkapazität des Bodens sind überschaubar, doch die exakte Wasserverteilung um die einzelnen Tropfstellen ist nicht bekannt. Sie ist je nach Bodenart, Tropferabstand und Durchfluß verschieden und wird zudem von der Ausgangsbodenfeuchte beeinflusst. Die richtige Wassermenge für einen Standort zu ermitteln erfordert daher eine situationsbezogene Modellierung der Feuchtedynamik im Boden. Einerseits soll das Speichervolumen des Bodens optimal ausgenutzt werden. Andererseits muss sichergestellt werden, dass nicht unnötig überbewässert wird. In der Praxis wird in Folge der Ungewissheit eher zu viel bewässert als zu wenig, die Folge sind eine verminderte Ressourceneffizienz und mögliche Nährstoffauswaschungen. Zur sachgerechten Steuerung von Tropfbewässerungssystemen sollten daher Messungen der Feuchtedynamik im Boden als Entscheidungsgrundlage dienen.
Ein automatisiertes Mess- und Steuersystem soll einen dem Standort und der Kultur angepassten Einsatz der Tropfbewässerung erleichtern. Die Übertragung der Messdaten sowie die Schaltung der Bewässerung funktionieren autark und über Funk.
In drei Tiefen geschichtet, innerhalb und unterhalb des Wurzelraumes, wird durchgehend die Bodenfeuchte gemessen. Als Bodenfeuchtesensoren dienen Tensiometer. Auch andere Sensortypen werden getestet und können prinzipiell verwendet werden.
Von besonderem Interesse für die Regelung ist die Feuchtedynamik in Folge eines Bewäs-serungsereignisses. Die zeitliche Verzögerung vom Beginn der Bewässerung bis zur Versi-ckerung in die verschiedenen Bodentiefen wird von den Sensoren erfasst. Neben den abso-luten Messgrößen ist die Phasenverschiebung zwischen den Sensoren von Bedeutung. Die einzelnen Messpunkte werden dadurch zu einer Messstrecke.
Die vergangenen Bewässerungsintervalle werden parameterisiert und bewertet und fließen in die Planung der folgenden Bewässerungsintervalle ein. Das Ziel ist dabei, die Bewässerung selbstlernend dem Standort und der Situation anzupassen.