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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
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
Öffentlichkeitsarbeit/ Wissenstransfer:
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
Kultur: Topfpflanzen
Anlagenkonzept:
• Isolierverglasung
• Dreifach-Energieschirm
• möglichst geschlossene Betriebsweise mit CO2-Düngung
• Solarenergienutzung mit Tag-Nacht-Speicherung
• Integrationsregelstrategien
angepasste Kulturprogramme
Phytomonitoring
Konzept „Hannover“
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
Energiesparmaßnahmen Hannover:
Isolierverglasung + dreifach Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
(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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
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
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
Ergebnisse: Energiesparmaßnahmen Isolierverglasung und Energieschirme
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
Messungen der PAR-Durchlässigkeit (April 2011) Hannover
PAR-Durchlässigkeit oberhalb der Schirme 80 %
Pflanzenbestand 35 %
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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, -
Anteil diffuser Strahlung, -
Dach
Pflanzenbestand
mit Tagesschirm
(Tantau 2012)
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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, -
Anteil diffuser Strahlung, -
21.04. - 8.05.2012
(Tantau 2012)
Dach
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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.
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
Weitere Informationen unter www.zineg.de
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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)
ZINEG ZUKUNFTSINITIATIVENIEDRIGENERGIEGEWÄCHSHAUS
3. Agrarwissenschaftliches Symposium 20.09.2012, Hans Eisenmann-Zentrum
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