Delprojekt 12. 3. 2. Metoder til opsamling af ... - LandbrugsInfo

GAU 2008 Projekt, Nedsættelse af energiforbruget og CO2 emissionen fra
væksthusgartnerierhvervet.
Delprojekt 12. 3. 2. Metoder til opsamling af overskudsenergi væksthuse.
Indledning.
Gartnerierne har altid været dygtige til at tilpasse sig den energimæssige situation og hurtigt
omstillet sin energiforsyning til det den mest lønsomme. Det har medført at nogle gartnerier
har anlæg der kan fyre med mere end 3 af de fossile brændselstyper. For gartnerierne er et
sikkert og stabilt energiforsyningssystem er en af de vigtigste forudsætninger for en
planteproduktion. Kan der udvikles andre energiforsyningssystemer baseret på vedvarende
energi og bedre udnyttelse af de energistrømme der er i væksthuset og kan de opfylde
sikkerhedskravene. Vil sådanne systemer hurtigt finde vej til væksthusgartnerierne.
Over de sidste 10 år er energiforbruget til opvarmning faldet med over 20 %, til et
gennemsnitligt energiforbrug på ca. 450 kW pr m² for et standard år og for et velholdt
væksthusareal med potteplanter. El forbruget er i gennemsnit opgivet til 96 kWh pr m² pr år for
væksthusareal installeret med vækstlys. For væksthusarealer uden vækstlys er tallet 8 til 20
kWh pr m² pr år. Tallene dækker over store variationer fra gartneri til gartneri. Nøgletallene er
hentet fra den energidatabase, som GartneriRådgivningen har opbygget på baggrund af
erhvervets Brancheaftaler med Energistyrelsen, om gennemførelse af energieffektive tiltag i
væksthusarealerne.
Med de energieffektiviseringer der allerede er gennemført bliver det vanskeligt med de
nuværende tekniske løsninger, at reducere energiforbruget med mere end 20-30 %. Det
betyder at energiforbrug til opvarmning for et gartneri med høj teknisk stade og udvidet
klimastyring vil ligge på 300 til 350 kWh pr m² pr år for et standard år.
For yderligere at reducere den fossile andel af energiforbruget til opvarmning, er det
nødvendigt, at se på mulighederne for udnyttelse af alternative energikilder som sol, vind m.m.
Kendetegnet for alternative energikilder er, at de er vanskelige at kontrollere og at de ikke altid
er der når der er behov for energien. Det gælder ligeledes, at kapaciteten og effektiviteten
øges betydelig hvis det er mulig at lagre denne energi til tidspunkter hvor der er energibehov.
Det vil kræve helt nye energiforsyningssystemer, hvor der skal udvikles systemer til
energiekstraktion, opretholdelse af væksthusklimaet og energilagring.
Alternative energiforsyningssystemer.
Af de alternative energikilder der er til rådighed er udnyttelse solenergien den mest
nærliggende væksthuse som i sig selv er fortræffelig solfanger. Beregninger baseret på

eferenceåret DRY har vist, at indstrålingen i væksthuset gennem en klimaskærm bestående
af lag 4 mm glas ligger på ca.850 kWh pr m² pr år, eller over dobbelt så meget energi som
væksthuset bruger til opvarmning. Ved at ekstraherer halvdelen af den indkommende energi,
gemme det og genbruge energien når der er behov for opvarmning, vil det være mulig rent
teoretisk, at opvarme væksthusarealet uden brug af fossile brændsler. Dækningsgraden
afhænger af det dimensionerende varmetab og den effekt det alternative
energiforsyningssystem er dimensioneret efter.
Solstrålingen er en umådelig energikilde der bør have meget mere fokus, helt generelt er den
energimængde fra solen, der om året rammer jordens overflade mere end 20.000 gange større
end den samlede menneskeskabte energiomsætning. Endnu er vi ikke særlige gode til at
udnytte denne energi.
Almindelige solfangeranlæg er ikke taget med her, men kunne indgå i overvejelserne, som et
supplement til den alternative energiforsyning.
Væksthusets varmeanlæg dimensioneres efter et varmebehov på 320 W pr m² væksthusareal
pr år, med en temperaturdifferens på 30 °C. Ved dimensionering af kedelanlæg og varmeflader
kan der tages hensyn til ændring i det dimensionerende varmetab som følge af mere
isolerende dækkematerialerne, gardinanlæg samt størrelsen af vækstlys installationen.
Opvarmningen af væksthuset sker via varmeflader bestående af 5/4 ” rør og placeret i top,
sider og under bordene i væksthuset. Styring og regulering af væksthusklimaet sker i dag ved
opvarmning via varmefladerne, er der for høj luftfugtighed eller for høj temperatur, ventileres
der gennem vinduesarealerne i tagfladen.
Varmeekstraktion.
For at udnytte overskudsenergien fra solindstrålingen og gøre væksthuset energineutralt, er
det nødvendige at udvikle et helt nyt energiforsyningssystem der indeholder energiekstraktion,
energilagring og genbrug af energi.
Der eksisterer andre alternative energiforsyninger, alle disse energiforsyninger kan i princippet
bruges enkeltvis eller i kombination, det afhænger af forsyningssikkerhed, investeringer og
driftsomkostninger.
Væksthuset er som nævnt en fortræffelig solfanger, det er derfor mest nærliggende at
undersøge om solenergien, er den alternative energiforsyning der har det største potentiale i
forhold til væksthusarealer.
Nedenstående kurve viser den månedlige indstrålingensum på vandret for reference året DRY,
de to andre kurver viser det månedlige varmeforbrug pr m² væksthusareal i et standard år
(DRY). Den blå kurve (gns. Vtab) viser det månedlige varmeforbrug pr m² væksthusareal for et
årligt varmeforbrug på 545 kWh pr m². Den grønne kurve (nyt Vtab) viser det månedlige
varmeforbrug pr m³ væksthusareal for velisolerede væksthuse med et årligt varmeforbrug på
350 kWh pr m².

Figur 1. Kurverne viser den månedlige indstråling på vandret og det månedlige energiforbrug
for en gennemsnits- og en velisoleret væksthuskvadratmeter.
Kurverne viser et stort potentiale for ekstraktion af solenergien i væksthusarealer, den
indstrålede energimængde er 2 til 3 gange større en den varmemængde der er krævet til
opvarmning af væksthusarealet.
For at kunne udnytte den viste energimængde, skal der designes et system der kan trække
energi ud af væksthuset, lagre den og gemme den til der er et energibehov.
Grundvandskøling.
For at ekstraherer overskudsvarmen fra væksthusarealerne er det nødvendigt med en eller
anden form for kølemedie. I bygninger og industriprocesser har man siden 1996 brugt
grundvand som kølemedie.
Principperne bag grundvandskøleanlæg er ganske enkel og kan beskrives to boringer og en
varmeveksler. Fra den ene boring pumpes det 9 °C kolde vand op til varmeveksleren, hvor der
veksles med det varme vand fra væksthuset, derefter reinjekseres det opvarmede grundvand
via den anden boring til et undergrundsmagasin, grundvandet cirkuleres i sit helt eget lukkede
system. Køleanlæggets kapacitet afhænger helt undergrundens geologiske sammensætning
og den vandmængde der kan pumpes op.
Erfaringerne fra de etablerede grundvandsanlæg viser, at undergrunden i store dele af
Danmark er velegnede til etablering af nævnte anlæg. Erfaringerne viser også, at det varme
vand reinjekseres holder sin højere temperatur over lang tid. Temperaturen falder ca. 1 °C i
løbet af 2 til 3 måneder. Det således, muligt gemme f.eks. overskudsvarmen fra
væksthusarealerne fra sommer til vinter i undergrundsmagasinerne. Når der skal bruges
varme vendes vandstrømmen og det varmevand pumpes op og via en varmepumpe opvarmes
vandet 50 til 70 °C
Nedenstående figur viser princippet ved ekstraktion af varme i væksthuset ved det kolde
grundvand og gemme den ekstraherede varme i grundvandsmagasinet.
Det er ikke lige til at få tilladelse til at borer i undergrunden. En ny bekendtgørelse har banet
vejen ”Bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og grundvandskøleanlæg”. Der er ligeledes
åbnet mulighed for, at søge om dispensation til at hæve grundvandstemperaturen til 30 °C.

Figur 2. Principperne for et grundvandsanlæg med ekstraktion of overskudsvarmen og lagre
den i undergrunden
Køling og ekstraktionssystemer.
I Holland arbejdes der med lignende projekter ”det lukkede – og det semilukkede væksthus”
hvor det primære var at afkøle væksthuset og gemme den udtrukne energi i undergrunden. Til
afkøling af væksthusene anvender hollænderne standard ventilations- og køleenheder eller de
opbyggede specialenheder tilpasset væksthusmodulet. Nedenstående billeder viser
eksempler på nogle af de ventilationsenheder der anvendes i hollandske væksthuse.
Ventilationsenhederne har en køleeffekt op til 200 W/m ² og der regnes med en luftcirkulation
på op til 15 gange i timen.
I grøntsags gartnerier anvendes et lidt andet system her placeres der ventilationsposer til
indblæsning under dyrkningsrenderne og der trækkes luft i gavlene.
Nedenstående viser eksempler på ventilationsenheder der anvendes i Holland til køling af
væksthusarealerne

Figur 3. Ventilations anlæg med køle- og varmeflade til placering under dyrkningsbordene.
Figur 4. Standard køle/varmeunit til ophængning under tagfladen.

Figur 5. Speciel designet ventilationsunit med køle- og varmeflader til montering mellem
væksthusets søjlerækker.
Figur 6. Posekøling specielt designet til tomat og agurkproduktion.

Ekstraktionsanlæg.
I projektet Intelligent Energihåndtering er designet et andet princip, hvor energiekstraktion har
højeste prioritet. I projektet arbejdes der med et centralt ventilationsanlæg, hvis eneste
funktion er at ekstrahere så meget indstrålingsenergi som muligt, ved at placere indtaget over
skyggegardinerne tage den opvarmede luft (35 til 55 °C) fører den over kølefladen (ca. 10 °C)
og blæse den afkølede luft (16 til 24 °C) ud under bordene.
Figur 7. Principskitse for ekstraktions anlæg.
Ekstraktionsanlægget beregnes efter et luftskifte på min. 1,5 gang i timen. Ved valg af
skyggeanlæg er det en fordel, at skyggeanlægget har en meget lille skyggevirkning, således
anlægget kan være trukket for i så lang tid som mulig. De yderste fag af skyggegardinet kan
styre og reguleres uafhængig af det øvrige gardin og kantrækkes fra når der skal ekstraheres
varme.
Anlægget kan ligeledes bruges affugtning og fjerne varmen fra vækstlyset.
Andre former for varmeekstraktionsanlæg bør undersøges, f.eks. bruge væksthusets
eksisterende varmeflader, andre typer af ventilationsanlæg og ved placering af flere varmerør
eller ribberør i toppen af væksthuset som en slags ”solfanger”.
Energilager og akkumuleringstanke.
For at kunne udnytte de alternative energiforsyninger er det nødvendigt med en form for
lagring af energien i kortere eller længere tid. Der er flere måder at lagre energien på, men det
der er mest nærliggende set ud fra tilgængelige teknologier, er at vand er det medie der bør
satses på.
Der skelnes mellem flere former lager et korttidslager, et langtidslager og om lageret opvarmes
til 30 – 40 °C eller til 70 – 80 °C.
Korttidslager.
Korttidslager beregnes ud fra, at kunne dække varmebehovet fra dag til nat eller få dage i
sommer halvåret. Denne lager form vil typisk være akkumuleringstanke eller vandbassiner
f.eks. placeret under væksthuset.
Korttidslager vil i overvejende grad være isolerede ståltanke (akkumuleringstank), der kan
lagre vand på over 70 °C i en kort periode. Størrelse af buffer tank afhænger af, hvilken

overskudsenergi der er til rådighed og i hvilke mængder. For eksempel fik de buffertanke der
blev dimensioneret til kraftvarmeanlæggene en størrelse, der svarede til ca. en dags kørsel
med anlægget.
Vandbassiner kan lige som ståltankene lagre energi i kortere tid.
Bassinerne er vanskeligere at isolere, hvilket kan betyde et væsentlig større varmetab i
lagringsperioden. Mest velegnet til lagring 30 til 40 °C varmt vand.
Korttidslager har typisk en lagerstørrelse på op til 5000 m³
Langtidslager.
Undergrundsanlæg med vand som medie
Før etablering af anlæg skal ansøgning indsendes til kommunen. Etablering af sådanne anlæg
er gjort nemmere med udgivelsen af bekendtgørelse om varmeindvindingsanlæg og
grundvandskøling (BEK nr. 1206 af 24/11/2006). Bekendtgørelsen fastsætter regler for
kommunalbestyrelsen meddelelse af tilladelser til etablering og drift, samt sikring af
grundvandskvaliteten.
Der er generelt gode muligheder for herhjemme for at etablere et varmelager i undergrunden,
især hvis lokaliteten er uden for de, såkaldte OSD - område (områder med særlige
drikkevandsinteresser). De er mulig ud fra boringer til vandingsvand eller andre formål, at
fastslå mulighederne i de bestemt områder.
Når grundvandet anvendes som medie til varmeopsamling, er det indvinding - og
afledningskapaciteten samt boredybden der er med til, at afgøre om der skal etableres et
anlæg. Vandkapaciteter på over 30 m³ og boredybde på ca. 75 m er et rimeligt udgangspunkt.
Undergrundsanlægget består af et lige antal boringer, halvdelen anvendes til oppumpning af
det 10° C varme vand og den anden halvdel til reinjektion af det opvarmede undergrundsvand.
Afstanden mellem de to sæt boringer bør minimum være 100 m. Det opvarmede returvand
lejrer sig omkring boringerne og danner et varmelager på flere tusind m3.
Anlægget beregnes som et termisk balanceret anlæg, således undergrundsmagasinet kun
påvirkes i et begrænset område og i princippet vil den oplagrede varme være brugt inden for et
år
Undergrundsanlæg med undergrunden som medie.
En anden metode at lagre energi i undergrunden er ved en såkaldt ”Geo Heat Energibrønd”
GHEB-system, systemet består at et speciel udviklet aluminiumsrør med en diameter på 100
mm. Aluminiumsrøret bores ca. 80 m ned i undergrunden, herefter pumpes vand ned i røret,
der optager varmen fra jorden/grundvandet og fører varmen tilbage via en varmepumpe eller
et kølesystem. Aluminiumsrøret er i princippet dobbelt så der ledes en vandstrøm ned i midten
af røret og retur langs ydersiden. Materialet har en høj varmelednings evne så varmen hurtig
kan overføres eller optages undergrunden omkring røret. Aluminiumsrøret er designet med et
sikkerhedskammer og automatisk overvågning af lækage.
Varmelageret opbygges ved at borer x antal rør ned, rørene placeres med en afstand på op til
15 m.
Et lager der kan yde ca. 500 kWh, er beregnet til ca. 49 boringer i en dybde af 80 m.
Lageret kan let udbygges, ved at tilfører flere boringer, da boringerne er lukkede skal der ikke
tages hensyn til vandkapacitet og særlige drikkevandsinteresser.
Der findes andre typer af ”energibrønde” hvor der i stedet for aluminium anvendes et dobbelt
plastrør udformet som en ”sløjfe”. Herved kan det opvarmede vand føres ned i den ene side af
sløjfen, afgive varmen til undergrunden og returneres afkølet i den anden side af sløjfen
Nedenstående billede viser et dobbelt plastrør, der kan sænkes ned i en boring.

Figur 8. Dobbelt plastrør udformet som en ”sløjfe” til nedsænkning en undergrundsboring.
De to ovennævnte lagertyper kan kun opmagasinerer vand på ca. 30° C og vil når det
opvarmede vand genbruges, bliver opgraderes via en varmepumpe til højere temperaturer.
Overjordisk vandmagasin.
Erfaringer fra solfanger anlæg har vist, at overjordiske vandbassiner/vandmagasiner er
velegnet som varmelager for den indhøstede energi fra solfangerne. Med det rigtige design af
vandmagasinet er det mulig, at gemme 70° C varmt fra sommer til vinter uden de store
varmetab.
Et overjordisk vandmagasin skal udformes på en sådan måde, at der er mindst mulig jordflade
set i forhold til vandmængden og et volumen på over 25.000 m³.
Vandmagasinet udformes som en pyramidestub, hvor højden af pyramidestubben skabes ved
udgrave ca. halvdelen af højden og bruge det op gravede jord til at denne den resterende af
højden. Magasinet tætnes med en særlig plast dug og som ”låg” udlægges mindst 800 mm tykt
isoleringslag, der kan flyde på vandet.
Økonomi.
Den største hindring for at etablere det nævnte energiforsyningssystem med
undergrundsanlæg, varmeekstraktion og varmepumpe i et gartneri er investeringen.
Foreløbige overslagsberegninger viser at anlægsinvesteringerne vil ligge omkring 800 til 1200
kr. pr m² væksthusareal, jo større areal der skal dækkes jo lavere bliver investeringerne.
En overslagsberegning for et væksthusareal på 5000 m², med et energiforbrug 450 kWh pr m²
pr år og en energipris på 300 kr. pr MWh viser, at der med en investering på 5,2 mio. kr. og en
dækningsgrad på 85 % af det årlige energiforbrug til opvarmning, bliver den simple
tilbagebetalingstid på ca. 9 år.