Energieeffizienz und alternative Lösungen im Gartenbau
Energieeffizienz und alternative Lösungen im Gartenbau
Energieeffizienz und alternative Lösungen im Gartenbau
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<strong>Energieeffizienz</strong> <strong>und</strong> <strong>alternative</strong> Lösungen<br />
<strong>im</strong> <strong>Gartenbau</strong><br />
Lenné-Akademie für <strong>Gartenbau</strong> <strong>und</strong> Gartenkultur e.V.<br />
Vortrag<br />
7. Mai 2009<br />
GEFOMA GmbH
GEFOMA GmbH<br />
Großbeeren<br />
Ingenieur- <strong>und</strong><br />
Planungsgesellschaft<br />
für den <strong>Gartenbau</strong><br />
Bauplanung <strong>und</strong> Baubegleitung für Gewächshäuser <strong>und</strong> Betriebsanlagen<br />
Ingenieurdienstleistungen für Betriebsmittel <strong>und</strong> technische Anlagen<br />
Beratung für <strong>Gartenbau</strong>betriebe<br />
Technische <strong>und</strong> betriebswirtschaftliche Bewertungen, Gutachten <strong>und</strong> Stellungnahmen
<strong>Energieeffizienz</strong> <strong>und</strong> <strong>alternative</strong> Lösungen<br />
<strong>im</strong> <strong>Gartenbau</strong><br />
1. Einleitende Bemerkungen<br />
2. Das Gewächshaus als Arbeitsmittel<br />
3. Das Gewächshaus als Energieverbraucher<br />
4. Maßnahmen zur rationellen Energienutzung<br />
<strong>im</strong> Gewächshaus<br />
5. Konzepte zur Entwicklung energieeffizienter<br />
Gewächshaussysteme<br />
GEFOMA GmbH
1. Einleitende Bemerkungen<br />
GEFOMA GmbH
Nachhaltigkeitsdefizite der derzeitigen Energieversorgung:<br />
• Globale Kl<strong>im</strong>averänderung<br />
• Verknappung <strong>und</strong> Verteuerung der Reserven an Erdöl <strong>und</strong> Erdgas<br />
• Gefährdung bei Betrieb <strong>und</strong> Entsorgung nuklearer Energie<br />
Handlungsnotwendigkeiten für die Energieversorgung in Deutschland:<br />
• Steigerung der Energieproduktivität für mindestens zwei bis drei<br />
Jahrzehnte auf Werte umd 3 bis 3,5 % pro Jahr (derzeit 1,7 %)<br />
• Steigerung des Beitrags erneuerbarer Energien am Pr<strong>im</strong>ärenergieverbrauch<br />
auf 12 bis 15 % bis 2030<br />
Quelle: Langfristzenarien für eine nachhaltige Energienutzung in Deutschland<br />
GEFOMA GmbH
Verknappung der Erdölreserven<br />
GEFOMA GmbH
in %<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Preisentwicklung ausgewählter Energieträger<br />
in Deutschland<br />
Jahr 2000 = 100 %<br />
1975 1985 1995 2000 2005 2006<br />
Heizöl Erdgas Elektr. Strom<br />
GEFOMA GmbH
Unter rationeller Energienutzung versteht man Technologien,<br />
die Energie mit hohem Wirkungsgrad nutzen.<br />
Beispiel: Umwandlung der chemischen Energie eines<br />
Brennstoffs in Wärmeenergie.<br />
Ziel: Opt<strong>im</strong>ierung des Energieverbrauchs <strong>und</strong><br />
Min<strong>im</strong>ierung von Schadstoffemissionen.<br />
GEFOMA GmbH
Unter <strong>Energieeffizienz</strong> versteht man die Erreichung eines<br />
gewünschten Nutzens mit dem geringstmöglichen Energieeinsatz.<br />
Beispiel: Einsatz von Frequenzumrichtern be<strong>im</strong><br />
Betrieb von Heizlüftern.<br />
Ziel: Opt<strong>im</strong>ierung des Elektroenergieverbrauchs<br />
der elektr. betriebenen Lüftermotoren.<br />
GEFOMA GmbH
Die Nachhaltigkeitsdefizite bei der derzeitigen Nutzung<br />
fossiler Energieträger<br />
• Erdöl<br />
• Erdgas<br />
• Kohle<br />
erfordern die zunehmende Nutzung regenerativer Energieträger<br />
• Solarenergie<br />
• Windkraft<br />
• Wasserkraft<br />
• Geothermalenergie<br />
• Bioenergie<br />
<strong>und</strong> damit <strong>im</strong> Zusammenhang stehende Formen der Energieumwandlung<br />
• Wärmepumpe<br />
• Solarthermische Anlagen<br />
• Photovoltaikanlagen<br />
• Windgeneratoren<br />
• Wellenkraftwerke<br />
als Alternativen zur bisherigen Energieversorgung<br />
GEFOMA GmbH
2. Das Gewächshaus als<br />
Arbeitsmittel<br />
GEFOMA GmbH
Zusammenhänge zwischen pflanzenbaulich-technologischen<br />
Erfordernissen <strong>und</strong> wirtschaftlichen Bedingungen<br />
Min<strong>im</strong>ierung des Energieverbrauchs<br />
• Gewächshaushülle<br />
• Energieschirmsysteme<br />
• Energiesparende Wärmeerzeugungs<strong>und</strong><br />
-verteilsysteme<br />
• Kombinierte Elektroenergie- <strong>und</strong><br />
Wärmeerzeugung<br />
Wirtschaftlichkeit<br />
• Min<strong>im</strong>ierter Energieverbrauch<br />
• Wassersparende Verfahren<br />
• Arbeitssparende Verfahren<br />
• Opt<strong>im</strong>ierter Materialeinsatz<br />
=> Baukosten<br />
• Automatisierung<br />
Gewächshaus<br />
Bauweise<br />
Inneneinrichtung<br />
Bauausführung<br />
GEFOMA GmbH<br />
Opt<strong>im</strong>ierte Pflanzenproduktion<br />
• Geschlossene Kultursysteme<br />
• Automatisierung Bewässerungs- <strong>und</strong><br />
Düngeeinrichtung<br />
• Steuerung Kl<strong>im</strong>a- <strong>und</strong> Wachstumgsfaktoren<br />
• Geeignete Kulturflächen <strong>und</strong> Transportsysteme<br />
• Ass<strong>im</strong>ilationsbelichtung<br />
Umweltverträglichkeit<br />
• Regenwassersammlung<br />
• Kohlendioxidnutzung aus Rauchgas<br />
(Erdgas / Flüssiggas)<br />
• Regenerative Energiequellen<br />
• Abwärmenutzung<br />
• Vermeidung von Schadstoffeintrag in<br />
Boden <strong>und</strong> Gr<strong>und</strong>wasser
Temperatur <strong>im</strong> Gewächshaus wird best<strong>im</strong>mt durch<br />
Strahlungsbilanz, Außentemperatur <strong>und</strong> Gewächshaushülle.<br />
Sie wird gesteuert durch:<br />
• Heizung<br />
• Lüftung<br />
• Kühlung<br />
• Schattierung<br />
• Luftbefeuchtung<br />
CO2 – Gehalt der Luft <strong>im</strong> Gewächshaus steht in<br />
Beziehung zum Luftwechsel <strong>und</strong> zur Pflanzenmasse.<br />
Er wird beeinflusst durch:<br />
• Lüftung<br />
• CO2 – Aufnahme der Pflanze <strong>und</strong> des<br />
Gewächshausbodens<br />
• CO2 - Zuführung<br />
Einflußmöglichkeiten auf ausgewählte<br />
Wachstumsfaktoren <strong>im</strong> Gewächshaus<br />
GEFOMA GmbH<br />
Licht <strong>im</strong> Gewächshaus wird best<strong>im</strong>mt durch<br />
Strahlung <strong>und</strong> Gewächshaushülle.<br />
Es wird beeinflusst durch:<br />
• Aufstellrichtung <strong>und</strong> –ort des Gewächshauses<br />
• Lichttransmission der Gewächshaushülle<br />
• wenig schattenwerfende Konstruktionsteile<br />
• gut reflektierende Kulturflächen<br />
Bei nicht ausreichend natürlicher Strahlung kann mit<br />
Zusatzbelichtung gearbeitet werden.<br />
Luftfeuchte <strong>im</strong> Gewächshaus steht in Beziehung<br />
zum Luftwechsel <strong>und</strong> Wasserhaushalt der Pflanze..<br />
Sie wird gesteuert durch:<br />
• Wasserversorgung der Pflanze<br />
• Luftzirkulation <strong>im</strong> Pflanzenbestand<br />
• Luftwechselrate<br />
• Heizung<br />
• Luftbefeuchtungs- <strong>und</strong> -entfeuchtungsanlagen<br />
.
3. Das Gewächshaus als<br />
Energieverbraucher<br />
GEFOMA GmbH
Wärmebedarf eines Gewächshauses<br />
Q = u` * AG * (ti – ta) (W)<br />
Q = Wärmebedarf in W<br />
u` = Wärmebedarfskoeffizient in W/m² * K<br />
AG = Gewächshausoberfläche in m²<br />
ti = Innentemperatur <strong>im</strong> Auslegungsfall in °C<br />
ta = Außentemperatur nach Kl<strong>im</strong>akarte der<br />
DIN 4701 in °C<br />
GEFOMA GmbH
Jahresgang von Wärmebedarf <strong>und</strong> Globalstrahlung für ein<br />
einfach verglastes Gewächshaus (Ti = 15° C) (ZABELTITZ, 1978)<br />
GEFOMA GmbH
Dynamik des Wärmeverbrauchs in Gewächshäusern<br />
<strong>im</strong> Jahresverlauf<br />
GEFOMA GmbH
Dynamik des Wärmeverbrauchs in Gewächshäusern<br />
<strong>im</strong> Tagesverlauf<br />
GEFOMA GmbH
Stand der Technik zum Energieeinsatz <strong>im</strong> Gewächshaus<br />
• Einfachverglasung des Daches in Verbindung mit dem Einsatz eines<br />
Energieschirmes zur Wärmedmämmung <strong>im</strong> Dachraum<br />
• Wärmedämmende Eindeckungen in den Steh- <strong>und</strong> Giebelwänden<br />
(Thermoglas, Doppelverglasung, Stegdoppel- oder –mehrfachplatte<br />
aus Kunststoff)<br />
• Wärmegedämmte Sockel bzw. Sockelplatten<br />
• Energiesparende Heizungssysteme <strong>im</strong> Gewächshaus<br />
(Untertischheizung, Vegetationsheizung u.a.)<br />
• Rechnergestützte Kl<strong>im</strong>asteuerung <strong>im</strong> Gewächshaus unter Nutzung<br />
moderner Regelstrategien<br />
• Einsatz von öl- <strong>und</strong> gasbefeuerten Kesselanlagen unter Beachtung<br />
der Niedertemperatur- <strong>und</strong> Brennwerttechnik<br />
GEFOMA GmbH
4. Maßnahmen zur rationellen<br />
Energienutzung <strong>im</strong><br />
Gewächshaus<br />
GEFOMA GmbH
Technische Maßnahmen zur rationellen<br />
Energienutzung <strong>im</strong> Gewächshaus<br />
• Senkung Transmissions- <strong>und</strong> Lüftungswärmeverlust<br />
• Gewächshausgeometrie<br />
• Vermeidung von Kältebrücken<br />
• Heizungssysteme<br />
• Wärmeerzeugung<br />
• Kl<strong>im</strong>aregelungssysteme<br />
GEFOMA GmbH
Pflanzenbaulich – technologische Maßnahmen zur<br />
rationellen Energienutzung <strong>im</strong> Gewächshaus<br />
• Temperaturregelstrategien.<br />
• Vorausschauende Kulturplanung<br />
(Flächenbelegung, Kulturzeiträume, Sort<strong>im</strong>ente u.a.).<br />
• Zusatzbelichtung / Wärmeeintrag.<br />
• CO2 – Düngung über Abgase / Wärmespeicherung<br />
• Erhöhung Kulturflächenanteil<br />
(nach v. Zabeltitz, 1986)<br />
GEFOMA GmbH
Energieeinsparung durch Einflußnahme<br />
auf natürliche Standortfaktoren<br />
• Geländegestaltung (Kaltluftsammlung in Senken).<br />
• Reduzierung der Windgeschwindigkeit.<br />
GEFOMA GmbH
Quelle: DeGa 12/2006<br />
Energieeinsparmaßnahmen <strong>und</strong> deren Potential<br />
bei einem Gewächshaus mit Einfacheindeckung<br />
Maßnahme <strong>Energieeffizienz</strong> (%)<br />
Lichtdurchlässigkeit +10 % 2 – 3<br />
Isolierende Eindeckungen (PMMA/PC) 20 – 25<br />
Energieschirm 20 – 25<br />
Isolierende Eindeckung mit Energieschirm 35 – 40<br />
Schirmregelung auf Luftfeuchte in kleinen Schritten<br />
mit Verzögerung<br />
GEFOMA GmbH<br />
3 – 6<br />
Höherer Luftfeuchte-Sollwert +5 % 5 – 6<br />
Reduktion Transpiration durch Entblätterung +10 % 2 – 5<br />
Taupunktkontrolle 2 – 3<br />
Temperaturintegration 2°C/ 24 h 3 – 10
Alternativen in der Wärmeenergieversorgung<br />
von Gewächshäusern<br />
• Solarenergie (Solarthermie, Photovoltaik, Gewächshaus als<br />
Sonnenenkollektor).<br />
• Geothermie<br />
• Windenergie<br />
• Biomasse (feste, gasförmige <strong>und</strong> flüssige Biomassebrennstoffe)<br />
• Niedertemperaturwärme<br />
• Kraft – Wärme – Kopplung<br />
GEFOMA GmbH
Forderungen an <strong>alternative</strong><br />
Energiequellen<br />
• Energie muß speicherbar sein<br />
(Tages- <strong>und</strong> Jahresgänge des Wärmebedarfs).<br />
• Energie muß umweltfre<strong>und</strong>lich sein.<br />
• Alternative Energien müssen den herkömmlichen wirtschaftlich<br />
überlegen sein.<br />
GEFOMA GmbH
5. Konzepte zur Entwicklung<br />
energieeffizienter<br />
Gewächshaussysteme<br />
GEFOMA GmbH
Zukunftsinitiative Niedrigenergie Gewächshaus<br />
(ZINEG)<br />
Untersuchung in Forschungsgewächhäusern zur Steigerung der<br />
<strong>Energieeffizienz</strong>.<br />
Forschungsschwerpunkte:<br />
• Max<strong>im</strong>ale Wärmedämmung der Gewächshaushülle<br />
• Solarenergienutzung mit Tag-Nachtspeicherung sowie effektivem<br />
Kl<strong>im</strong>a- <strong>und</strong> Speichermanagement<br />
• Geschlossene Betriebsweise von Gewächshäusern mit Nutzung der<br />
solaren Überschusswärme<br />
• CO2 – neutrale Beheizung von Gewächshäusern mit biogenen<br />
Brennstoffen<br />
Beteiligte Forschungseinrichtungen:<br />
• Humboldt-Universität Berlin<br />
• Leibnitz-Universität Hannover (Gewächshausstandort LVG<br />
Hannover-Ahlem)<br />
• Technische Universität München (Gewächshausstandort DLR<br />
Rheinlandpfalz Neustadt a.d. Weinstraße)<br />
• IGZ Großbeeren / Erfurt (Standort Großbeeren)<br />
GEFOMA GmbH
Kas als Energiebron<br />
(Das Gewächshaus als Energiequelle)<br />
Programm zur Entwicklung ökonomisch sinnvoller Alternativen zum<br />
Einsatz fossiler Energieträger zur Gewächshauskl<strong>im</strong>atisierung in den<br />
Niederlanden (2002 / 2003)<br />
Untersuchungsschwerpunkte:<br />
• Gewächshaus als Sonnenkollektor<br />
• Einsatz von Biotreibstoffen (vorzugsweise in KWK-Anlagen)<br />
• Züchtung von Nutzpflanzen mit geringen Kl<strong>im</strong>aansprüchen<br />
• Nutzung der Erdwärme<br />
• Bessere Ausnutzung des natürlichen Lichts in Verbindung mit<br />
einer effizienten Zusatzbelichtung (z.B. Elektroenergieerzeugung<br />
über Brennstoffzellen)<br />
• Abgabe von Überschußwärme an andere Verbraucher (integrierte<br />
Siedlungskonzepte)<br />
GEFOMA GmbH
Modellprojekt Solargewächshaus<br />
GEFOMA GmbH<br />
Umwandlung von Solarstrahlung<br />
über ein Fresnellinsensystem mit<br />
hocheffektiven Photovoltaikzellen<br />
in Strom.<br />
Die Photovoltaikzellen werden<br />
flüssig gekühlt<br />
Wärme => Wärmespeicher<br />
=> Heizsystem<br />
Beteiligte Partner:<br />
IZES GmbH (An-Institut der HTW des Saarlandes)<br />
Sunvention GmbH<br />
Erlebnisgärtnerei Storb GmbH & Co. KG<br />
Forschungsanstalt Geisenhe<strong>im</strong> (pflanzenbauliche Untersuchungen)<br />
Quelle: ZVG <strong>Gartenbau</strong> Report 10/2008
Photovoltaik-Anlage integriert ins Gewächshausdach<br />
Gärtnerei Hubert Rodenbröker Paderborn<br />
Quelle: TASPO Magazin 02/2009<br />
GEFOMA GmbH<br />
• 25 % der Dachfläche sind mit 300<br />
Photovoltaik-Modulen bestückt<br />
• 15 % Lichtverlust (Messung durch<br />
FH Osnabrück)<br />
• Kühlung der Solarmodule durch<br />
Beregnungsanlage auf dem<br />
Gewächshausdach um Spannungsabfall<br />
zu verhindern
Watergy, ein Verfahren zur Wasseraufbereitung, Raumkl<strong>im</strong>atisierung<br />
<strong>und</strong> Nahrungsmittelproduktion<br />
(Gemeinschaftsprojekt Deutschland, Spanien, Niederlande)<br />
Anwendung des Verfahrens <strong>im</strong> geschützten <strong>Gartenbau</strong> in ariden<br />
Gebieten<br />
Quelle: www.watergy.de<br />
GEFOMA GmbH<br />
Geschlossenes Gewächshaussystem<br />
mit Auftriebsturm zur<br />
Luftkühlung <strong>und</strong> –entfeuchtung<br />
mit Wasserrückgewinnung<br />
Möglichkeiten zur Meerwasserentsalzung<br />
<strong>und</strong> Grauwasseraufbereitung<br />
sind vorgesehen
Geschlossenes Gewächshaus (Gesloten Kas)<br />
GEFOMA GmbH<br />
Pilotanlage: 14.000m² Gewächshaus<br />
ohne Lüftungsöffnungen<br />
Gemüsebetrieb Themato<br />
Berkel en Rodenrijs<br />
Entwickler: Fa. INNOGROW<br />
Effekte: • bis 35 % Energieeinsparung<br />
(Erdgas)<br />
• bis 20 % höhere Erträge<br />
• Verringerter Eintrag von<br />
Schädlingen <strong>und</strong> Krankheitserregern<br />
• Einsparung Brauchwasser<br />
durch Nutzung des Kondenswassers<br />
aus der Kühlung<br />
• Einsparung an CO2<br />
Nachweis der Wirtschaftlichkeit steht<br />
noch aus.<br />
Voraussetzungen sind geeignete Untergr<strong>und</strong>speicher<br />
(Aquifere mit sehr geringen<br />
Strömungsgeschwindigkeiten)
Nutzung von Erdwärme <strong>im</strong> <strong>Gartenbau</strong><br />
GEFOMA GmbH<br />
Forschungsobjekt: Nutzung von Niedertemperaturrestwärme<br />
aus einem<br />
Erdwärmekraftwerk zur<br />
ganzjährigen Wärmeversorgung<br />
(55° C ... 60° C) über<br />
Bodenheizung <strong>und</strong> Lufterhitzer)<br />
Nutzer: <strong>Gartenbau</strong> Baumgärtner<br />
Neustadt-Glewe<br />
Wiss. Betreuung: Technische Universität<br />
München in Kooperation<br />
mit der Humboldt Universität<br />
Berlin<br />
Effekt: Nutzung einer völlig CO2neutralen<br />
Wärmequelle
Vielen Dank<br />
für Ihre<br />
Aufmerksamkeit !<br />
GEFOMA GmbH
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