Systembedingte Vorgaben: Systembedingte Vorgaben: Systembedingte Vorgaben: Der Nullenergie-Weihnachtsstern. Hohe Isolierung.

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„Der Nullenergie-Weihnachtsstern“

Ergebnisse und Erfahrungen nach einem Jahr Niedrigenergiegewächshaus ZINEG

Fachtagung Energieeffizienz – Hannover-Ahlem 11.Oktober 2011 Dr. Dirk Ludolph

ZIN EG

Systembedingte Vorgaben:

Hohe Isolierung

= geringe Wärmeverluste

= für die gleiche Tagesmitteltemperatur geringerer Heizbedarf

Wärmespeicherung

= Kurzzeitspeicher

= gespeicherte (Tag-)wärme muss „zeitnah“ genutzt werden,

ZIN EG

Systembedingte Vorgaben:

Hohe Isolierung + Wärmespeicherung

= phasenweise Wärmeüberschuss?

= Erhöhung der Heiztemperatur?

ZIN EG

Systembedingte Vorgaben:

Hohe Isolierung + Wärmespeicherung:

= hoheWärmespeicherung

= hoheHeiztemperaturen (Nacht / Tag)

= keineWärmespeicherung

= niedrigeHeiztemperaturen (Nacht / Tag)

(2)

Systembedingte Vorgaben:

In Abhängigkeit der von Witterung Wechsel von warmenund kaltenPhasen mit unterschiedlicher Dauer.

Systembedingte Vorgaben:

Hohe Isolierung + Wärmespeicherung

= hohe Lüftungstemperaturen

= Gefahr der Taupunktunterschreitung(tags und nachts) besonders in Kombination mit niedrigen Nachttemperaturen

= Lichtverlust

= Gefahr von CO₂-Mangel

Einbindung der Luftfeuchteregelungung Einbindung der Assimilationsbelichtung Einbindung der CO2-Regelung

ZIN EG

Petunia & Pelargonium Pelargonium zonale Helianthus annuus

Euphorbia pulcherrima Elatior-Begonia

Zeitraum für Wärmespeicherung Frühjahrskultur

Sommerkultur

2010

12 11 10 9

2 6

2011 5

3 4

Herbst-/

Winterkultur

8 7

Kulturart 3 4

Monat

Pflanzenart 1 5 1 2 6 7 8 9 10 1112

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat Energie, kWh m-2 d-1

mittlerer Wärmebedarf Solarstrahlung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Niedrigenergiegewächshaus ZINEG, Hannover (Beispiel), Θi= 15 °C Isolierverglasung, dreifacher Energieschirm

Abb.: Verändert nach Tantau (2010)

ZIN EG ZIN EG

Wo liegen die Grenzen der Temperaturintegration?

Wie lange können Poinsettien im Gewächshaus ohne Heizung kultiviert werden bzw. wie gut ist die Isolierung des Gewächshauses?

August – Dezember

Poinsettien

(3)

ZIN EG

Kontrolle Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4

Langtag KW 34-

39 Standard HT 16°C LT 20°C

ohne Heizung Heizen ab 08°C Lüften ab 22°C

Wärmerückgewinnung (WR) Heizen ab 16°C WR ab 23°C Lüften ab 28°C

TMT Soll 19,3 °C 19,5 °C

Kurztag ab KW 40

Standard

HT 18/16°C LT 20/18°C

WR weiter Temperaturbereich

Heizen ab 10°C WR ab 22°C Lüften ab 28°C

WR enger Temperaturbereich

TMT 15 °C 17,5 °C 15 °C 17,5 °C

Temperaturstrategien im Langtag (KW 34 - 39):

Poinsettien

TMT Ist 19,3 °C 20,0 °C

Kein Heizbedarf ! Keine fossile Heizenergie!

Nutzung solarer Überschusswärme

nur in KW 39

ZIN EG

Kontrolle Variante 1 Variante 2 Variante 3 Variante 4

Langtag KW 34-39

Standard HT 16°C LT 20°C

ohne Heizung Heizen ab 08°C Lüften ab 22°C

Wärmerückgewinnung (WR) Heizen ab 16°C WR ab 23°C Lüften ab 28°C

TMT 19,3 20,0

Kurztag ab KW 40

Standard HT 18/16°C LT 20/18°C

Temperaturstrategien im Lang- und Kurztag:

TMT Ist 18,6 °C 15,1 °C 16,7 °C 15,1 °C 16, 7 °C

Bis KW 45 nur 3 Tage heizen mit solarer Überschusswärme!

Bis KW 45 heizen mit solarer Überschusswärme!

Poinsettien

ZIN EG

10 12 14 16 18 20 22 24 26

01.08. 08.08. 15.08. 22.08. 29.08. 05.09. 12.09. 19.09. 26.09. 03.10. 10.10. 17.10. 24.10. 31.10. 07.11. 14.11. 21.11.

Standard ZINEG 1 ZINEG 2 (°C)

18,6 °C 15,1 16,7 °C TMT im Kurztag:

Euphorbia pulcherrima

Temperaturverläufe im Niedrig-Energiegewächshaus und im Standardgewächshaus:

ZIN EG

Verkaufsreife

42 43 44 45 46 47 48 49 50 51

'Mira Red' 'Prestige Early'

'Premium Red'

'Christmas Feelings'

'Mars improved'

'Freedom Early' Sorte

Kalenderwoche

Standard ohne Heizung / WR weit ohne Heizung / WR eng WR / WR weit WR / WR eng

(4)

LT:

KT:

Verkaufsreife

13.12. 29.11. 13.12. 29.11. 26.11.

Foto 08.12.

Sorte 'Mars Improved'

ohne Heizung Wärmerückgewinnung Standard

+ +

Tweit Teng Tweit Teng

LT:

KT:

Verkaufsreife

13.12. 29.11. 13.12. 29.11. 26.11.

Foto 08.12.

Sorte 'Mira Red'

+ +

Sorte 'Premium Red'

LT:

KT:

ZIN EG

Verkaufsreife

29.11. 22.11. 29.11. 22.11. 15.11.

Foto 08.12.

0 5 10 15 20 25 30

Mira Red Premium Red Prestige Early Red

Mars Improved Christmas Feelings

Freedom Early Sorte

Ausfallrate in %

ohne Heizung / WR weit ohne Heizung / WR eng WR / WR weit WR / WR eng

Ausfallrate durch pilzliche Schaderreger (Botrytis, Pythium, Phytophthora)

ZIN EG

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ZIN EG

„Kühl im KT“ Standard

KW 28/29 KW 31/29

Gesamt 2006 4,6 8,2

Gesamt 2007 9,2 14,8

Gesamt 2008 7,9 12,0

Gesamt 2009 6,3 10,4

Gesamt 2010 11,0 14,0

Ölverbrauch (Liter pro Brutto-m²) – bis 30. November

Kalkuliert nach hortex, Einfachglas, Energieschirm, 1000 m² GH-Fläche Klimadaten Ahlem

ZIN EG

Ölverbrauch (Liter/Brutto-m²) : bis 30.11.2010

Kühl Standard

Vergleichsgewächshaus* 11 14

ZINEG** 1,3 2,4

Einsparung (%) 88 83

* = Kalkuliert nach hortex, Einfachglas, Energieschirm, 1000 m² GH-Fläche Klimadaten Ahlem

**= gemessen

ZIN EG

Fazit:

• Sehr gute Isolierung des Niedrigenergie-Gewächshauses

→Kultur bis Ende September ganz ohne Heizung möglich

• Ausschließliche Nutzung solarer Überschusswärme bis Anfang November

• Weite Temperaturspreizung (positiv DIF) und niedrige Temperaturen nur bei kühletoleranteren Sorten empfehlenswert

• Brakteenausbildung bei TMT im KT < 15 °C deutlich verzögert

• Geschlossene Betriebsweise führt zur rel. Luftfeuchte von Ø 82 %, max. 95 %

→Ausfallrate ohne Fungizidbehandlung relativ gering

ZIN EG

Wie wirken sich verschiedene

Temperaturintegrationsstrategien auf das Wachstum und die Entwicklung von P. zonaleSorten aus?

Wie ist die Nutzung der Tag-Nacht-Speicherung zu bewerten?

Frühjahrskultur Pelargonium zonale

(6)

Konventionell Sparvariante -ohne Heizung-

(ZINEG)

Wärmerückgewinnung (ZINEG) Heizung

Tag/Nacht 16 / 14 °C 8 °C 14 °C

WR - - 20 °C

Lüftung 18 °C 28 °C 24 °C

Soll

TMT 16 °C 16 °C 16 °C

Ist

TMT 17,2 °C 18,0 °C 17,7 °C

Pelargonium zonale

Erste Probleme und Lösungsmöglichkeiten:

1. hohe Temperaturen fördern das Streckungswachstum

Eine Stunde nach Sonnenaufgang Drop auf 10 °C für 1 Stunde, danach normale HT von 8 °C

2. Bereits 2 Wochen nach Versuchsbeginn rel. Luftfeuchte > 90 % Verdunklung mit Sonnenunter- und Aufgang zu,

wenn rel. Luftfeuchte > 80 %, dann Verdunklung auf Energieschirme auf bei rel. Luftfeuchte > 85 % Lüftung auf bei rel. Luftfeuchte > 90 % Pelargonium zonale

ZIN EG

Pelargonium zonale‘Robina’

Konventionell ZINEG ZINEG

„ohne Heizung“ „mit WR“

TMT 17,2 °C 18,0 °C 17,7 °C

Abb.: Untersuchte P. zonaleSorte ’Herma’ aus den Varianten (v.l.n.r.) Konventionell, Sparen und Wärmerückgewinnung.

ZIN EG

Pelargonium zonale‘Herma’

Konventionell ZINEG ZINEG

„ohne Heizung“ „mit WR“

TMT 17,2 °C 18,0 °C 17,7 °C

(7)

13,4

14,6 12,8

16,6 16,6 16,6

15,2 14,1 14,1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

'Robina' 'Paprika' 'Herm a'

Pflanzenhöhe (cm)

Konventionell Sparvariante Wärmerückgewinnung

ZIN EG

8,2

5,9 8,9

7,8

6,3 9,3

7,5 6,3

8,5

0 2 4 6 8 10 12

'Robina' 'Paprika' 'Herma'

Trockenmasse (g)

Konventionell Sparvariante Wärmerückgewinnung

Pelargonium zonale

ZIN EG

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

07.03.2011 09.03.2011

11.03.2011 13.03.2011

15.03.2011 17.03.2011

19.03.2011 21.03.2011

23.03.2011 25.03.2011

27.03.2011 29.03.2011

31.03.2011 02.04.2011

04.04.2011 06.04.2011

08.04.2011 10.04.2011

12.04.2011 14.04.2011

16.04.2011 18.04.2011

20.04.2011 22.04.2011

24.04.2011 26.04.2011

28.04.2011 30.04.2011

02.05.2011 04.05.2011 Zeit

Wärmeanforderung (%)

Wärmeanforderung

ZIN EG

• Entwicklung von Temperatur und rel. Luftfeuchte unter der Verdunklung während der

Zusatzbelichtung?

• Speicherung von Überschusswärme oder angepasste Temperatursummenstrategie?

Elatior-Begonien

Dezember – Februar

= Winterkultur

(8)

Temperatur: 18 - 19 °C Heizen 28 °C Lüften

20 °C Tagesmitteltemperatur Assimilationslicht:

Variante 1 = 12 h Assimilationslicht (16 – 04 Uhr) Variante 2 = 9 h Assimilationslicht (19 – 04 Uhr)

80 W/m² inst. Leistung, ca. 10 klx CO₂-Düngung: 600 vpm

0 5 10 15 20 25 30

7:00 12:00 17:00 Zeit 22:00 3:00

Temperatur (°C)

Außentemperatur 12 h Licht 9 h Licht

Belichtungsphase

Schirme + Verdunklung geschlossen

ZIN EG

Temperatur Soll Ist (°C)

12 hBelichtung 9 hBelichtung

Heizen Tag 19 °C 19,3 19,5

Heizen Tag

-Belichtung- 19 °C 25,5 23,9

Heizen Nacht

04.00 - 08.00 Uhr 18 °C 19,6 19,2

Lüften 28 °C - -

Gesamtmittel 20 °C 21,8 20,8

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

7:00 12:00 17:00 22:00 3:00

Zeit

Temperatur (°C)

Außentemperatur Abteilung 1 (Nord-West) Abteilung 2 (Süd-West)

ZIN EG

Belichtungsphase

Schirme + Verdunklung geschlossen

(9)

ZIN EG

0 5 10 15 20 25 30

07:00 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 01:00 03:00 05:00 07:00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Außentemperatur 12 h Assimilationslicht (16 - 04 Uhr) 9 h Assimilationslicht (19 - 04 Uhr) rel. Luftfeuchte

Temperatur (°C) rel. Feuchte (%)

ZIN EG

0 2 4 6 8 10 12 14

'Baladin' 'Berseba' 'Berseba

Red' 'Camilla' 'Carneval' 'Nadine' Sorte

Trockenmasse (g)

12 h Ass.licht 9 h Ass.licht

'Nadine'

'Berseba' Vergleich der Trockenmasse (g) von verschiedenen Sorten Elatior-Begonia

mit 12 h und 9 h Assimilationslicht.

9 h 12 h Licht

ZIN EG

Fazit:

mit einer 9 bzw. 12-stündigen Assimilationsbelichtung und CO₂- Düngung konnten in 8 Wochen qualitativ gute Elatior-Begonien produziert werden →Kulturzeitersparnis 2-3 Wochen

Rel. Luftfeuchte von durchschnittlich 70 % unproblematisch, keine Pflanzenkrankheiten

Hohe Temperaturen (22 - 29 °C) während der Belichtungsphase erforderten eine angepasste Temperatursummenregelung;

Speicherung der Überschusswärme im Winter energetisch nicht sinnvoll

ZIN EG

Bisheriges Fazit:

• Die Produktion von Topfpflanzen ohne Qualitätsbeein- trächtigungen ist möglich.

• Aufgrund der starken Isolierung ist der Wärmebedarf gering.

• Für eine intensivere Nutzung der Wärmerückgewinnung und -speichersysteme sind höhere Kulturtemperaturen

notwendig.

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ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS

Projektförderung

Förderung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie der Landwirtschaftlichen Rentenbank unter Federführung des Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz mit Unterstützung der Bundesanstalt für

Landwirtschaft und Ernährung.

ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Fachtagung Energieeffizienz – Hannover-Ahlem 11.Oktober 2011 Dr. Dirk Ludolph