Hans-Jürgen Tantau Leibniz Universität Hannover, FG ... · PDF fileAgrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum Zukunftsinitiative Niedrigenergiegewächshaus

3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum

Zukunftsinitiative Niedrigenergiegewächshaus (ZINEG)

Hans-Jürgen Tantau Leibniz Universität Hannover, FG Biosystem- und Gartenbautechnik

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ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS


Zielsetzung: Niedrigenergiegewächshaus

mit möglichst niedrigem Energieverbrauch,

Systemorientierter Ansatz zur Reduzierung des Energieverbrauches

durch Kombination energiesparender Maßnahmen

mit kulturtechnischen Maßnahmen

Deckung des Restenergiebedarfes mit „CO2-neutralen“ Energieträgern Transfer in die Praxis (Leuchtturmprojekte)



Öffentlichkeitsarbeit/ Wissenstransfer:




Kultur: Topfpflanzen

Anlagenkonzept:

• Isolierverglasung

• Dreifach-Energieschirm

• möglichst geschlossene Betriebsweise mit CO2-Düngung

• Solarenergienutzung mit Tag-Nacht-Speicherung

• Integrationsregelstrategien

angepasste Kulturprogramme

Phytomonitoring

Konzept „Hannover“



Energiesparmaßnahmen Hannover:

Isolierverglasung + dreifach Energieschirme



Wärmeverbrauchsmessungen (nachts)

• Wärmeverbrauchskoeffizienten

• Energieeinsparungen

• Luftwechselwärmestrom

• Wärmeströme am Dach innen

• Anteil latenter Wärme a) am Dach, b) Luftwechsel

Messungen der PAR-Durchlässigkeit

• oberhalb der Schirme

• im Pflanzenbestand

• in Abhängigkeit des diffusen Anteils

• in Abhängigkeit der Jahreszeit

Gliederung



Wärmeverbrauchsmessungen (nachts)

Material und Methoden

Bestimmung des Wärmeverbrauchskoeffizienten

Km

W

)θ(θA

QU

eiHülle

Heizcs 2

csU

QHeiz: zugeführte Heizenergie (W) AHülle: Hüllfläche (m2)

i, a: Lufttemperatur innen, außen (°C) Quelle: Bericht zur Bestimmung und Bewertung des Energiebedarfes von Gewächshäusern. KTBL-Workshop, 2008 in Worms, KTBL Darmstadt



(Tantau 2011)

Ucs-Werte als Funktion der Windgeschwindigkeit (Hannover) (Nachtmittelwerte von 22 – 5 Uhr)

Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme

y = 0,1672x + 3,3501 R² = 0,5707

y = 0,0736x + 2,6005 R² = 0,4098

y = 0,0092x + 2,0579 R² = 0,0031

y = 0,0308x + 1,1331 R² = 0,1221

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Ucs-v

alu

e,

W m

-2 K

-1

Wind speed, m s-1

Isolierglas

Tagesschirm

Zwei Schirme

Maximale Wärmedämmung




Energieeinsparungen (nachts) im Vergleich mit Einfachverglasung (EG) und EG + Energieschirm (40 % Einsparung)

(Tantau 2012)

Maßnahme zur Wärmedämmung

gemessen Einsparung Einsparung Einsparung

Ucs-Wert Isolierglas Ucs = 4,0

Einfachglas Ucs = 7,6

Einfachglas + Energieschirm

Ucs = 4,6

W m-2 K-1 % % %

Isolierglas 4,0 0 48 14

Isolierglas + Tagesschirm

3,0 27 62 38

Isolierglas + zwei Schirme

2,1 47 72 54

Isolierglas + drei Schirme

1,2 70 84 74




Luftwechselwärmestrom: UL-Werte als Funktion der Windgeschwindigkeit Isolierverglasung (Energieschirme offen, 15.12.2011 - 12.01.2012)

y = 0,039x + 0,3838 R² = 0,3021

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

UL-W

ert

, W

m-2

K-1

Windgeschwindigkeit, m s-1

(Tantau 2012)

Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung



y = 0,0051x - 0,065 R² = 0,0054

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

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

UL-W

ert

, W

m-2

K-1

Windgeschwindigkeit, m s-1

Luftwechselwärmestrom: UL-Werte als Funktion der Windgeschwindigkeit Isolierverglasung + drei Energieschirme

(Tantau 2012)




y = 0,9644x + 6,9635 R² = 0,6404

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20

An

teil

la

ten

ter

Wä

rme

a

m D

ach

, %

Tage, -

13.02. - 2.03.2012

Anteil latenter Wärme am inneren Wärmeübergang des Daches

(Mittelwerte nachts von 22 bis 5 Uhr, 13.02. – 2.03.2012) (erste Pflanzen am 5. Tag)

(Tantau 2012)




Anteil latenter Wärme am Luftwechselwärmestrom in Abhängigkeit der Außentemperatur

(Mittelwerte nachts von 22 bis 5 Uhr, 26.01. – 13.03.2012)

y = 1,1001x + 49,117 R² = 0,9045

0

10

20

30

40

50

60

70

-15 -10 -5 0 5 10 15

An

teil

la

ten

ter

Wä

rme

, %

Außentemperatur, °C

26.01. bis 13.03.2012

(Tantau 2012)




y = 0,0354x + 13,771 R² = 0,0005

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

hi, W

m-2

K-1

Windgeschwindigkeit m s-1

17.12.2011 - 12.01.2012

Wärmeübertragung am Dach innen Wärmeübergangskoeffizient innen (hi) als Funktion der Windgeschwindigkeit

(Mittelwerte nachts von 22 bis 5 Uhr, 17.12.2011 – 12.01.2012)




Wirkung latenter Wärme auf den Wärmeverbrauch (Annahme: ohne Kondensation hi = 8; mit Kondensation hi = 14)

Ucs

gemessen Wider-stände

Wider-stände

1/Ucs Ucs Reduzierung

ohne Kondensation

W m-2 K-1 1/Ucs

hi = 14 einzeln hi = 8 W m-2 K-1 %

Isolierglas 4,0 0,25 0,18 0,30 3,3 17,7

Isolierglas + Tagesschirm

3,0 0,33 0,08 0,39 2,6 13,8

Isolierglas + zwei Schirme

2,1 0,48 0,14 0,53 1,9 10,1

Isolierglas + drei Schirme

1,2 0,83 0,36 0,89 1,1 6,0

Wärmeübergangskoeffizient hi

14,0 0,07 0,07 0,13 8,0

(Tantau 2012)




Messungen der PAR-Durchlässigkeit (April 2011) Hannover

PAR-Durchlässigkeit oberhalb der Schirme 80 %

Pflanzenbestand 35 %





Ergebnis: PAR-Durchlässigkeit des ZINEG-Hauses (LVA AHLEM) nord-süd orientiert in Abhängigkeit des diffusen Anteiles (Winter)

(27.12.2011 – 11.02.2012)

y = 0,2776x + 0,4187 R² = 0,6234

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

PA

R-D

urc

hlä

ssig

ke

it, -

Anteil diffuser Strahlung, -

(Tantau 2012)

Dach



Ergebnis: PAR-Durchlässigkeit des ZINEG-Hauses (LVA AHLEM) nord-süd orientiert in Abhängigkeit des diffusen Anteiles (Winter)

Dach und Pflanzenbestand (08.02. – 03.03.2012)

y = 0,2143x + 0,5409 R² = 0,5816

y = 0,0904x + 0,311 R² = 0,94

y = 0,1406x + 0,1248 R² = 0,7526

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

PA

R-D

urc

hlä

ssig

ke

it, -


Dach

Pflanzenbestand

mit Tagesschirm

(Tantau 2012)



Ergebnis: PAR-Durchlässigkeit des ZINEG-Hauses (LVA AHLEM) nord-süd orientiert in Abhängigkeit des diffusen Anteiles (Frühjahr)

Dach (21.04. - 8.05.2012)

y = -0,1611x + 0,9066 R² = 0,5722

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

PA

R-D

urc

hlä

ssig

ke

it, -


21.04. - 8.05.2012

(Tantau 2012)

Dach



Fazit:

Isolierverglasung + 3 Schirme 70 % Energieeinsparung nachts im Vergleich

zu Einfachglas + Schirm

Luftwechselwärmestrom: bei maximaler Wärmedämmung nicht messbar

Latente Wärme: Anteil bei Topfpflanzen ca. 30 bis 60 %, Einfluss auf den

Wärmeverbrauch bei maximaler Wärmedämmung klein

Energieschirme: Pakete zu groß ca. 35 % PAR-Durchlässigkeit

Nord-Süd-Ausrichtung des Gewächshauses im Winter ungünstig



Projektförderung

Förderung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und

Reaktorsicherheit sowie der Landwirtschaftlichen Rentenbank unter Federführung

des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz

mit Unterstützung der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung.



Weitere Informationen unter www.zineg.de



Zur Diskussion:

Dach:

• Isolierverglasung mit AR-Beschichtung (Preis?)

Alternative: Stegdoppelplatte Alltop

• breitere Scheiben, weniger Sprossen

• weniger Stahl (statt 26 kg/m2 ca. 5 kg/m2 (Schneelast?)

• Aufstellungsrichtung Ost-West?

Energieschirme: Pakete zu groß (ca. 35 % PAR-Durchlässigkeit)

• Zur Verbesserung:

Energieschirme und Verdunklung als aufliegendes System mit Schubstangen

Verdunklung: Seiten als Rollschirm, Twin-System

Abstimmung mit Gewächshauskonstruktion (Gitterbinder)



Zur Diskussion:

Klimaregelung:

• Luftfeuchte, Entfeuchtung?

• Temperaturintegration, Grenzen?

• V-Luft-Wert als Indikator für den Schirm

• Wärmemengenzähler als Standard

Wirtschaftlichkeit

• Investitionskosten?

• Kulturerfolg (bei Topfpflanzen Qualität, Kulturzeit)

• Solarenergienutzung: Strombedarf, geringe Auslastung

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