Onderzoeken

Het Nieuwe Telen in gesloten of semi-gesloten kassen staat hoog genoteerd om de glastuinbouw minder afhankelijk van fossiele energie te maken, met als extra positief accent de potentiële verhoging van de productie of de productkwaliteit. Luchtbehandeling is een andere techniek dan traditioneel stoken met buizen en koelen met luchtramen.

Een aantal tuinders heeft vanaf het begin geïnvesteerd in het idee van geconditioneerd telen in semigesloten kassen. Het monitoringsproject laat zien dat de tuinder problemen heeft met deze vorm van klimaatbeheersing. Via objectief meten geeft dit project inzage in de veelheid van oplossingen en gaat in op vragen over het functioneren van de systemen.

Dit heeft geleid tot interessante conclusies over Ontvochtiging, Temperatuur- en vochtverdeling, Luchtbeweging, Koelen, Verwarmen, Luchtverdeling, Energiegebruik en haalbaarheid van semi-gesloten teeltsystemen. Deze conclusies vindt u hieronder, alsmede in het onderzoeksrapport (dat u onderaan dit bericht kunt downloaden).

Ontvochtiging
Ontvochtiging is een belangrijk aspect van de klimaatregeling. Het vochtniveau moet onder controle blijven om ziekten en verminderde groei te voorkomen. In de semi-gesloten kassen die deelnemen aan het Monitoringproject wordt op twee manieren vocht afgevoerd: door condensatie op een koud oppervlak en door ventilatie met buitenlucht.
Conclusies:
- Ontvochtigen met buitenlucht kan alleen wanneer de absolute luchtvochtigheid van de buitenlucht lager is dan de gewenste absolute luchtvochtigheid van de kaslucht.
- Ontvochtigen met buitenlucht werkt alleen wanneer er voldoende interactie is tussen de luchtbeweging in de buurt van de planten en de aanvoer van droge buitenlucht .
- In het systeemontwerp voor ontvochtiging moet bij onderdoor koelen rekening gehouden worden met naverwarmen om 'koude voeten' te voorkomen.
- De meeste systemen zijn niet ontworpen voor ontvochtiging met een koud oppervlak.

Temperatuur- en vochtverdeling
Warme lucht is lichter dan koude lucht en droge lucht is zwaarder dan vochtige lucht. Deze natuurkundige aspecten spelen een grote rol bij koelen en verwarmen. In een traditionele kas vindt de basisverwarming onder het gewas plaats, wat er voor zorgt dat de warmte wordt verdeeld. De koeling vindt door de ramen van boven af plaats, waardoor de koude lucht
zich goed verdeelt. In een traditionele kas zijn de verticale temperatuurgradiënten om deze reden beperkt. In semi-gesloten kassen met koeling van onderaf, ontstaat een verticale temperatuurgradiënt. Deze gradiënt is alleen te verkleinen door meer luchtbeweging in te zetten, waardoor de temperatuur van de koude lucht uit de LBK (LuchtBehandelingsKast) verhoogd kan worden en de menging van de lucht in de kas groter wordt.
De conclusies van het onderzoek waren:
- Koelen moet boven het gewas gebeuren als verticale temperatuurgradiënten niet wenselijk zijn.
- Koelen van onderaf is goed mogelijk mits er voldoende lucht van niet te lage temperatuur door het systeem wordt rondgepompt.
- Koelen bij Phalaenopsis met LBK’s onder de tafel zorgt voor horizontale temperatuur-verschillen over de tafel
- De weerstand van de tafels in combinatie met de planten belemmert een goede luchtverdeling

Luchtbeweging
Luchtbeweging is wenselijk om het microklimaat rond de plant te beïnvloeden. Verversing van lucht is nodig voor de verdamping en de fotosynthese van de plant. In semi-gesloten kassen is de ventilatie minder en, als er via de LBK wordt verwarmd, is het temperatuurverschil tussen de verwarming en de kaslucht kleiner. Het gevolg is dat de luchtbeweging minder is dan bij een normaal geventileerde kas. Echter, mechanische ventilatie verhoogt de luchtbeweging van de LBK’s. De luchtbeweging die door deze systemen in de kas ontstaat, is beperkt ten opzichte van de luchtbeweging die ontstaat door temperatuurverschillen en windinvloeden.
Conclusies:
- De krachten, die zorgen voor de luchtbeweging ten gevolge van wind en temperatuurverschillen binnen – buiten, zijn groot ten opzichte van de krachten door geforceerde luchtbeweging.
- Nabij de LBK stroomt lucht niet loodrecht uit de slang als de luchtsnelheid hoog is in dit deel van de slang waardoor horizontale klimaatverschillen worden geïntroduceerd.
- Luchtbeweging ten gevolge van een ventilator die in een vrije ruimte uitblaast zorgt voor een secundaire luchtstroom, parallel aan de luchtstroom van de ventilator.
- Bij bovenkoelers moet er voldoende ruimte boven het gewas zijn voor de koelers, zodat de gekoelde lucht kan opmengen met de kaslucht.

Koelen
Traditioneel wordt een kas gekoeld door ventilatie via de ramen. Koude lucht van buiten vervangt de warme kaslucht. Nadeel is dat hierbij CO2 verloren gaat. Indien de warmte wordt afgevoerd door koelen met een LBK in de kas gaat de CO2 niet meer verloren. Aangenomen dat de koude beschikbaar is, dan kan worden bepaald wat economischer is: koelen door raamventilatie of koelen door een LBK.
Conclusies:
- De koellast is minder dan de hoeveelheid globale straling die in de kas valt ten gevolge van de reflectie op het gewas.
- Bij koelsystemen worden de geveleffecten en betonpaden te snel verwaarloosd met temperatuurverschillen tot gevolg.

Verwarmen
Traditioneel wordt verwarmd met water van maximaal 90 graden Celsius. Voor energiezuinige systemen, waarbij de watertemperatuur maximaal 45 oC is, geeft het traditionele verwarmingsysteem niet voldoende warmte af. De warmteafgifte kan worden vergroot door het warmte-uitwisselende oppervlak te vergroten of door geforceerde luchtbeweging toe te passen. Deze laatste optie wordt in de semi-gesloten kassen gebruikt, in de vorm van zowel decentrale units als centrale units met luchtslangen. Bij het toepassen van luchtslangen functioneert de slang zelf ook als een grote verwarmingsbuis. Dit speelt vooral bij het eerste deel van de slang, nabij de LBK, waar het temperatuurverschil tussen de geconditioneerde lucht en de kaslucht groot is.
Onrust in de regeling kan de warmtevraag soms vergroten. Dit komt doordat de systemen in het algemeen niet ontworpen zijn voor gelijktijdig koelen en/of verwarmen, zodat bij schakelmomenten energie verloren gaat. Die schakelmomenten hangen vaak samen met ontvochtiging.
Conclusies:
- Verwarmen moet onder het gewas gebeuren.
- Lage temperatuurverwarming moet worden gedaan met meer warmte-uitwisselend oppervlak en niet door geforceerde luchtbeweging.
- Geconditioneerde afdelingen gebruiken meestal meer warmte dan ongeconditioneerde.
- Door vergroting van het warmte-uitwisselende oppervlak van verwarmingsbuizen kan met minder elektra dan benodigd voor ventilatoren in LBK’s de kas verwarmd worden.

Luchtverdeling
Een goede verdeling van de geconditioneerde lucht is essentieel voor een homogeen klimaat. Luchtslangen met gaatjes worden ingezet voor deze verdeling voor het geval waarbij de luchtbehandelingkasten nabij de gevel zijn geplaatst. Mits het gatenpatroon goed is gedimensioneerd, zorgen luchtslangen voor een goede verdeling van de lucht. Door
het toepassen van de luchtslangen stijgt het energiegebruik. Voor een gelijkmatige luchtuitstroom uit de slangen moet luchtdruk in de slang voldoende hoog zijn.
De verdeling bij laaghangende decentrale LBK’s hangt af van de temperatuur van de uitstromende lucht ten opzichte van de kaslucht. Koude lucht blijft laag bij de grond en verdeelt zich daar gelijkmatig. Warme lucht gaat omhoog, waarbij de verdeling wordt bepaald door de turbulentie in de uitstroom en de snelheid waarmee de lucht uit de LBK’s komt.
Hooghangende LBK’s, die alleen worden gebruikt tijdens koelen, zorgen voor een goede verspreiding van de lucht mits de uitstromende lucht direct mengt met de kaslucht. De luchtstroom door de LBK’s veroorzaakt ook een luchtstroom parallel langs de LBK’s. Turbulente lucht uit de LBK’s mengt zich met een andere luchtstroom. Dit is te zien op het moment dat de ventilator achter het koelblok wordt geplaatst.
Conclusies
- Boven koelen is beter aangezien de lucht vrijer om de koeler kan stromen en daardoor meer kan opmengen met de kaslucht wat een betere luchtverdeling geeft.
- Uit energetisch oogpunt is het gebruik van luchtslangen niet wenselijk indien grote hoeveelheden lucht moeten worden verplaatst zoals bij koelen en verwarmen.
- Bij buitenluchtaanzuiging zijn luchtslangen goed in te zetten omdat de hoeveelheid lucht die wordt verplaatst klein is en de aanzuiging aan de gevel kan gebeuren.

Energiegebruik
In april 2009 is begonnen met registreren van energiestromen en bij een enkel bedrijf wordt pas recent gemeten. Om deze informatie aan te vullen is gebruik gemaakt van eigen energieboekhouding van de tuinders. Het trekken van conclusies van algemene strekking is nog onvoldoende onderbouwd door een - tot nu toe - te beperkt aantal meetreeksen.
Conclusies:
- Bedrijven hebben complexe energie-installaties. Ondernemers hebben veel vragen over zowel de optimale inzet van de systemen in het ketelhuis, als over het omgaan met de conditionering via luchtbehandeling in de kas. Luchtbehandeling is een andere techniek dan het traditioneel stoken met buizen en het koelen met de luchtramen. Dit monitoringproject, in
samenhang met het nog lopende project “Teeltbegeleiding en Resultaatmonitoring”, laat zien dat de tuinder problemen heeft met deze vorm van klimaatbeheersing.
- In andere onderzoekprojecten (Raaphorst, de Gelder, Dieleman), is aangetoond dat de vragen rondom geconditioneerd telen vaak te maken hebben met de problematiek rondom ontvochtiging. Dit is echter een onderdeel waar bij de meeste systemen in de ontwerpfase geen rekening is gehouden tijdens de dimensionering. Het monitoringproject constateert
dat vaak onnodig veel energie wordt ingezet om toch met de beschikbare systemen te kunnen ontvochtigen, terwijl ontvochtigen met buitenlucht op vele momenten goedkoper kan zijn. Heroverweging van de ontwerpcriteria is aan te bevelen.
- Indien de energiemetingen vanaf de start in april 2009 alle seizoenen moeten omvatten, wordt de einddatum van dit project overschreden. De resultaten van deze energiemetingen zijn om die reden nog beperkt. Inzet van de geïnstalleerde meetapparatuur zou beter benut moeten worden. Het verdient aanbeveling om het energiegebruik en de energiestromen op
de bedrijven, die in dit project zijn gevolgd, te continueren.
- De COP’s van de warmtepompen zijn lager dan van tevoren is aangenomen. Dit heeft meer te maken met het gerealiseerde temperatuurverschil tussen verdamper en condensor (een groot temperatuurverschil tussen de gevraagde koude en de gevraagde warmte), dan met de technische prestaties van de warmtepomp (Carnot-rendement). De oorzaak ligt in de
dynamiek van zowel de warmtevraag als de elektriciteitsmarkt. Bij een lage elektriciteitsprijs (bijvoorbeeld ’s nachts) wordt warmtepomp gebruikt. Een groot deel van de warmte is pas in de ochtend nodig (opstoken, scherm geopend). De warmte die ’s nachts is aangemaakt met de warmtepomp moet dus worden gebufferd. Dit vraagt een hogere temperatuur in
vergelijking tot niet bufferen. De verhoogde warmtevraag veroorzaakt als gevolg daarvan een lagere energiebesparing dan verwacht.
- Het elektriciteitsverbruik van de ventilatoren en de bronpompen is gering (± 20%) ten opzichte van het verbruik van de warmtepomp. Soms zijn de bronpompen vaker ingezet dan gepland om de benodigde hoeveelheid water van en naar de aquifer te transporteren. De moeilijk voorspelbare permitiviteit van de watervoerende zandlaag is hiervan de oorzaak.
Het verbruik van de ventilatoren is sterk afhankelijk van de gehanteerde ventilatorstand. Dit verschilt per teler en varieert tussen frequentie gestuurd (regelbaar) tot aan-uit (één vast debiet). Het is niet duidelijk welk luchtdebiet onder welke omstandigheden wenselijk is.
Een luchtslang als onderdeel van de klimatiseringsinstallatie moet alleen worden toegepast ten behoeve van ontvochtiging.
- Voor koelen en verwarmen moet geen slang worden gebruikt.
- NIR-reflectie is een mogelijkheid om de warmtelast en het klimaat in de kas gunstig te beïnvloeden.
- De discussie of warmtepompen al dan niet duurzamer zijn dan WKK’s valt buiten dit project. Echter, semi-gesloten of geconditioneerde kassystemen ondervinden (nu nog) concurrentie van kassystemen die over een WKK-installatie beschikken.
- De verwachting is dat een daling van de elektriciteitsprijs ten opzichte van de gasprijs in het voordeel van het Nieuwe Telen in een semi-gesloten kas werkt.

Dit onderzoek wordt gefinancierd door het Ministerie van LNV en het Productschap Tuinbouw in het kader van het programma Kas als Energiebron.