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COMPETENCE IN TEXTILES
Entwicklung eines neuartigen beheizbaren Gestricks sowie dessen Optimierung für den Einsatz im Pflanzenbau
Jürgen Reichart, roma-Strickstoff-Fabrik Rolf Mayer GmbH & Co. KGDr. Anja Gerhardts, Hohenstein Institut für Textilinnovation gGmbHDr. Michael Ernst, Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft
No. 2
Die Hohenstein Institute
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• Unabhängiges Institut für Prüfung, Beratung und Inspektionen• Gemeinnützige Forschung, industrielle Auftragsforschung• Inhabergeführt in dritter Generation seit der Gründung 1946
No. 3fo
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Fachbereich Hygiene, Umwelt & Medizin
• Life Science Department der Hohenstein Institute
• 23 Mitarbeiter: Mediziner, Humanbiologen, Mikro- und Molekularbiologen, • Biophysiker, Chemiker, Textilwissenschaftler
• Forschung: anwendungsorientierte Produktentwicklungen, • öffentliche und Auftragsforschung
• Akkreditierte - individuelle Versuchsstände - Feldstudien• Arbeitsgebiete
1. Wechselwirkungen von Werkstoffen mit lebenden Systemen (Mensch/Mikroorganismus)
2. Sicherheit und Wirksamkeit von (textilen) Produkten in den Anwendungsbereichen Hygiene, Umwelt und Medizin
• Life Science Department der Hohenstein Institute
• 23 Mitarbeiter: Mediziner, Humanbiologen, Mikro- und Molekularbiologen, • Biophysiker, Chemiker, Textilwissenschaftler
• Forschung: anwendungsorientierte Produktentwicklungen, • öffentliche und Auftragsforschung
• Akkreditierte - individuelle Versuchsstände - Feldstudien• Arbeitsgebiete
1. Wechselwirkungen von Werkstoffen mit lebenden Systemen (Mensch/Mikroorganismus)
2. Sicherheit und Wirksamkeit von (textilen) Produkten in den Anwendungsbereichen Hygiene, Umwelt und Medizin
No. 4fo
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Fachbereich Hygiene, Umwelt & Medizin
ForschenForschenPrüfenPrüfen EntwickelnEntwickeln
Öffentliche Forschung
Auftragsforschung
No. 5fo
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Anwendung:• 2 mal / Woche für ca. 1 h anschalten• Temperatur erreicht >50° C • Niedervolt-Wärmesystem
Anti-Milbenmatratze für Allergiker
No. 6fo
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Textiles Patienten-Wärmesystem
• Konduktives System• Optimale Drapierbarkeit• Bessere Wärmebilanz• Sollwertkontrolle durch textil-
integrierte Thermosensoren
No. 7
roma-Strickstoff-Fabrik Rolf Mayer
• Hochmodische und hoch-qualitative Stoffe für Damenoberbekleidung
• Funktionale elastische Stoffe für Arbeitsbekleidung
• Technische Textilien• Unterhaltungselektronik• Automobilindustrie• Innenarchitektur
No. 8
Ein leitfähiges Garn wird mit einer Rundstrickmaschine zu einem leitfähigen Stoff verstrickt.
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Elektrisch beheizbarer Strickstoff
No. 9
Ein leitfähiges Garn wird mit einer Rundstrickmaschine zu einem leitfähigen Stoff verstrickt.
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Elektrisch beheizbarer Strickstoff
No. 10
Der elektrisch beheizbare Strickstoff verbindet die Vorteile der Rundstricktechnologie mit den Vorteilen der Wärme-erzeugung bereits im Niedrigspannungsbereich:
• Stoffelastizität und Stoffflexibilität
• Vielfältige Gestaltungs-möglichkeiten
• Hohe Flexibilität in der Weiterverarbeitung
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Elektrisch beheizbarer Strickstoff
No. 11
Der elektrisch beheizbare Strickstoff verbindet die Vorteile der Rundstricktechnologie mit den Vorteilen der Wärme-erzeugung bereits im Niedrigspannungsbereich:
• Arbeiten im Niedrig-spannungsbereich mit 24 Volt
• Keine Gefahr eines Stromschlags• Hohe Leistung von 480 Watt• Gleichmäßige, homogene Wärmeverteilung• Genaue Festlegung der Heiztemperaturen durch
sensorgesteuertes Netzgerät.
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Elektrisch beheizbarer Strickstoff
No. 12
Temperaturentwicklung des textilen Heizelements
No. 13fo
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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft und Landwirtschaftliche Schule Hohenheim
Fachschulen für Meister und Techniker im GartenbauMeisterschule für Floristik Berufskolleg für Agrar- und Umweltanalytik Berufskolleg für Biotechnologische Assistenten Landesberufsschule für TierwirteBerufs- und Sonderberufsschule für Gartenbau Berufsschule für Floristik
Versuchswesen im Gartenbau
Fachliche Öffentlichkeitsarbeit
No. 14fo
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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft
Versuchshäuser:1.) Gewächshaus Nr. 5
- Rolltische - Ebbe-Flut-System (Nährlösung wird angestaut) - Winterbetrieb (Rohrheizung auf 5 °C, Lüftung auf 12 °C)
No. 15fo
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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft
Versuchshäuser:2.) Allwetterhaus
- freistehende Tische- manuelles Gießen- keine Heizung (Innentemperatur = Außentemperatur)
No. 16fo
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Landwirtschaft im Wandel
• Weltbevölkerung wächst schnell• Konkurrenz der Anbauflächen (z.B. Baumwolle vs. Nahrung)• hoher Energieverbrauch (z.B. Gewächshaus)
source: wikipedia
No. 17fo
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Vertical farming
Zukunftsstrategien zur Ernährung der Weltbevölkerung
• 2050 leben 80 % der Weltbevölkerung in urbanen Ballungszentren
• Bedarf an urbaner Landwirtschaft
• Nachhaltige Produktion von Nahrung
• Recycling von Wasser und Energie
• Ganzjähriger Pflanzenbau
No. 18fo
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Heiztextilien für Anwendungen im Agrarsektor
• Energiesparpotential in Gewächshäusern > 80 %• Keimung, Pflanzenwachstum und Reife steuerbar• Variable Temperaturprofile in einem Gewächshaus• Frostschutz im Winter
2014 ab 2015
No. 19fo
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ZIM Forschungsprojekt
Ziele:• stabiles Temperaturprofil• variables Heizen von ca. 5 °C bis 40 °C• niedriger Energieverbrauch (10-20 kWh*m-²*Woche-1)• mechanisch belastbar und wasserfest• Antifouling, wird im Boden nicht zersetzt
No. 20fo
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Stoffmuster aus
Silber-galvanisiertem Garn Edelstahl-Einfachgarn Edelstahl-Kreuzgarn
Stoffentwicklung
Leitfähig durch mit Silber galvanisiertes Garn
Leitfähig durch Zwirn mit einem Edelstahlfaden
Leitfähig durch Zwirn mit zwei über Kreuz eingezwirnten Edelstahlfäden
Grundmaterial: Polyester Grundmaterial: Polyester Grundmaterial: Polyester
Leistung/m² (24 V): 680 W Leistung/m² (24 V): 440 W Leistung/m² (24 V): 870 W
Steifigkeit: 66,55 ° Steifigkeit: 55,40 ° Steifigkeit: 97,54 °
No. 21
Die Zuschnittgröße kann an unterschiedliche Spezifikationen angepasst werden.Die Kontaktierung erfolgt über ein dünnes gewebtes Metallband, das mittels einer speziell entwickelten Nähtechnik mit dem Stoff vernäht wird.
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Stoffentwicklung
No. 22fo
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Elektrolyse des Silber-galvanisierten Garns im Wasser
Weitere Arbeiten mit den beiden anderen Garnkonstruktionen:- Edelstahl-Einfachgarn- Edelstahl-Kreuzgarn
Stoffentwicklung
No. 23fo
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• Erste Winterversuche im Winter 2012/2013 zeigten keine Wirkungsunterschiede zwischen Edelstahl-Einfachgarn und Edelstahl-Kreuzgarn
• Edelstahl-Einfachgarn bei gleicher Anwendung geringerer Stromverbrauch
Aus diesen beiden Gründen haben wir uns auf den Stoff aus Edelstahleinfachgarn konzentriert.
Stoffentwicklung
No. 24fo
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Schnelle und gleichmäßige Aufheizunghier: Gebrauchsmuster aus Edelstahl-Einfachgarn, 1 m x 1 m
nach 2 min(9 Volt)
nach 60 min(9 Volt)
Stoffentwicklung
25,3 °C
25,8 °C
No. 25fo
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Textilprüfungen
Messung der DrapierbarkeitMechanische Belastungstests
Mechanische Belastung Neuzustand nach 10.000 Zyklen
No. 26fo
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Textilprüfungen
Stabilität gegen mikrobielle Zersetzung• antimikrobielle Wirksamkeit gegenüber Prüfkeimen
Aspergillus niger und Chaetomium globosum
No. 27fo
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Textilprüfungen
Stabilität gegen mikrobielle Zersetzung• Erdeingrabetest (Freiland)
Elektrische Leitfähigkeit [S/m] Neuzustand Nach 7 Monaten Nach 21 Monaten
Silber-galvanisiertes Garn
längs 1,85-2,17 1,72-2,78 1,43-4,17
quer 5,56-8,33 5,56-8,33 3,33-7,14
Edelstahl Einfachgarn
längs - - -
quer 0,000005 (5e-6) 1,67e-5 – 3,33e-6 3,33e-4 – 5,00e-6
Baum
wolle kom
plett abgebaut
Neuzustand 7 Monate in Erde
21 Monate in Erde
7 Monate in Erde
No. 28fo
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Textilprüfungen
Funktionskontrollen und Keimungsexperimente
Betrieb bei M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 Raum
1,5 V, 3,4 A 21,0 22,1 22,1 22,2 24,2 16,7 13,4 14,2 16,9 17,3 8,0 °C
2 V, 4,5 A 22,3 21,4 25,9 22,3 27,0 16,9 13,9 14,7 16,3 17,3 8,4 °C
M3 M6
M1
M5
M2
M4
M7
M8
M9M10
Messpunkte:
Styroporplatte
Kresseschalen
Temperatur:
No. 29fo
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Textilprüfungen
Funktionskontrollen und Keimungsexperimente
Probe 1 und 2 Probe 3 und 4
Kontrolle RT/dunkel
Kontrolle RT/hell
No. 30fo
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Textilprüfungen
Funktionskontrolle im Freiland
0
2
4
6
8
10
12
14
Fr 11:2
0Fr 1
4:40
Fr 18:0
0Fr 2
1:20
Sa 00:4
0Sa 0
4:00
Sa 07:2
0Sa 1
0:40
Sa 14:0
0Sa 1
7:20
Sa 20:4
0So 0
0:00
So 03:2
0So 0
6:40
So 10:0
0So 1
3:20
So 16:4
0So 2
0:00
So 23:2
0Mo 0
2:40
Mo 06:0
0Mo 0
9:20
Tem
pera
turd
iffer
enz
[°C
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In den w armen Mittagsstunden ist die Erw ärmung der Erde
langsamer als die der Luft!
Luft
Erde
No. 31fo
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Feldversuche Winter 2012/2013
Versuchsaufbau
Ebbe-Flut-System(Tag 0, Tag 12)
Allwetterhaus(Tag 22)
No. 32fo
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Feldversuche Winter 2012/2013
Korrosion durch Salzablagerungen im Ebbe-Flut-System
No. 33fo
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Filmbildende Beschichtungen
Beschichtungen zur Vermeidung von Salzablagerungen an den leitenden Fasern
unbeschichtet
Wachsbeschichtung Silikonbeschichtung
Latexbeschichtung
No. 34fo
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Weitere Versuche im GewächshausSi
likon
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hich
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L
atex
besc
hich
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Ergebnisse nach 7 Wochen Heizbetrieb
No. 35fo
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Filmbildende Beschichtungen – Teil 2
Korrosionssimulation mit Düngerlösung
unbeschichtet
Impranil DLC-F Impranil DLU:Impranil DL 2007 80:20
Impranil DLU
No. 36
Versuchsaufbau mit beschichteten Heizelementen
AllwetterhausEbbe-Flut-System
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Feldversuche Winter 2013/2014
No. 37
Ebbe-Flut-System
li: beheiztre: unbeheizt
Allwetterhaus
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Feldversuche Winter 2013/2014
No. 38fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Ebbe-Flut-System
Heizbetrieb für ca. 10 Wochen
Heizbetrieb für ca. 12 Wochen
No. 39fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Ebbe-Flut-System, Ergebnisse nach 14 Wochen
li: beheiztre: unbeheizt
No. 40fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Ebbe-Flut-System, Ergebnisse nach 14 Wochen
li: beheiztre: unbeheizt
No. 41fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen
Pelargonien
beheizt, unbeheizt, beheizt beheizt, unbeheizt, beheizt
No. 42fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen
Calibrachoa Cultivars
beheizt, unbeheizt, beheiztbeheizt, unbeheizt, beheizt
No. 43fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen
Convolvulus sabatiusbeheizt, unbeheizt, beheizt
beheizt, unbeheizt, beheizt
No. 44fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Nach 14 Wochen Heizbetrieb zeigten sich Defekte bei allen Heizelementen
Ebbe-Flut
Allwetterhaus
No. 45fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Nach 14 Wochen Heizbetrieb zeigten sich Defekte bei allen Heizelementen
SalzablagerungenVerkrustungen
No. 46fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Messung des Energieverbrauchs
Ebbe-Flut-System: zu überwindende Temperaturdifferenz: ∆T = ca. 10 °Cgemessener Stromverbrauch: ca. 30-55 kWh*m-²*Woche-1
Allwetterhaus: zu überwindende Temperaturdifferenz: ∆T = ca. 20 °Cgemessener Stromverbrauch: ca. 55-80 kWh*m-²*Woche-1
No. 47fo
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Feldversuche Winter 2013/2014
Messung des Energieverbrauchs
Rechenbeispiele zeigen Energieeinsparungen bei partieller Nutzung des Heizsystem• flexibel temperierte Parzellen in der selben Hülle• Parzellen mit Temperaturgradient• Frostschutz
No. 48fo
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Zuschnitt einer Haube - Winter 2013/2014
Zitrusbäumchen wurde erfolgreich im Allwetterhaus überwintert (Einstellung frostfrei auf 3 °C, ∆T = 4 °C)
No. 49fo
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Zuschnitt einer Haube
Messung mit PAR-Meter, Berechnung der Lichtminderung
WitterungKontrolle
(Freiland ohne Textil)
Edelstahl Einfachgarn(Art.Nr. 13518)
Edelstahl Einfachgarn(Art.Nr. 13518 L) Vlies P17
P P M [%] P M [%] P M [%]
hell, keine direkte Sonne 169 50 70,41 69 59,17trüb, Hochnebel 76 22 71,05 30 60,53
hell, keine direkte Sonne 620 200 67,74 280 54,84sonnig, wolkenlos, leicht trüb 1350 460 65,93 660 51,11 1100 18,52sonnig, wolkenlos, leicht trüb 1350 470 65,19 620 54,07 1050 22,22trüb, Hochnebel 13 4 69,23 5 61,54 10 23,08trüb, Hochnebel 52 15 71,15 22 57,69 41 21,15trüb, Hochnebel 410 210 48,78 140 65,85 180 56,10direkte Sonne 1550 500 67,74 750 51,61 1150 25,81direkte Sonne 1800 545 69,72 845 53,06 1600 11,11Mittelwert 66,69 56,95 25,43
No. 50
Das Heizelement wird zusätzlich mit einer Spezialfolie laminiert.
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Stoffentwicklung
No. 51
Versuchsaufbau mit laminierten Heizelementen
Ebbe-Flut-System
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Feldversuche Winter 2014/2015
No. 52
Ebbe-Flut-System
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Feldversuche Winter 2014/2015
No. 53
Kondenswasser und erste Korrosionsstellen
Optimierung durch Flachbettlaminierung bzw. Laminierung über Heißklebesystem
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Feldversuche Winter 2014/2015
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Fazit und Ausblick
Mögliche Einsatzbereiche aus heutiger Sicht:a. Unbeheizte Gewächshäuser können im Winter genutzt
werdenb. In beheizten Gewächshäusern
• Energieeinsparungen bei Teilbelegung• Temperaturdifferenzierung in einem Gewächshaus• Winterschutz von mehrjährigen Solitärpflanzen
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Ausblick
… weitere Anwendungen zur Diskussion
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