Venlow Energy Kas, een ultra energiezuinige kas
Frank Kempkes, Wageningen UR Greenhouse Horticulture
Kas in ontwikkeling
Kassen worden:
Groter Hoger Lichter Geavanceerder
Achtergrond, de energiebalans Convectie en stralingsverlies kasdek
1500 MJ
Totaal door ventilatie:
2300 MJ (Voelbare en latente warmteverlies door ventilatie, lek en ontvochtiging)
Totaal energie in: 4000 MJ 2400 MJ
Fotosynthese:
Door dek
50 MJ
Totaal energie verlies: 3950 MJ
Ketel of WKK Bodem
150 MJ
1600 MJ
Energiebalans beinvloeden Verlies beperken door…
Meer isoleren 1,2,3, schermen Lek van kas beperken Kouder telen Verschuiving teeltseizoen Energiezuinig ontvochtigen
“gratis” energietoevoer verhogen
Meer licht in de kas (kwantiteit)
Constructie lichter maken (max +5%) Kasdek schoon houden (tot 10%)
Minder installaties (1-3%)
Licht kwantiteit
Licht kwantiteit Gewenste hoeveelheid licht in de kas sterk afhankelijk van lokale behoefte Licht transmissie << 50%
Tropen
Spanje
Licht kwantiteit Licht in winter bijna altijd beperkende factor Licht transmissie >>75%
The Netherlands
Spain
Meer licht Meer licht door…
Geavanceerde kasdekmaterialen Wit glas (+1-2%) AR glas (+5-7%) ETFE (+3%) Minder schermen
Overdag 2 schermen dicht geeft weinig licht op de plant (0.8 x 0.8 x 0.8 = 0.48)
Gaat ten koste van de energiebalans als scherm open moet
Is er een alternatief voor enkelglas ?
Licht transmissie Heldere hemel Bewolkte hemel Material
Standaard glas
thickness
light transmission
Floatglass
4 mm
perpendicular hemispherical 89-90% 82%
White glass
4 mm
90-91%
83%
AR glass
4 mm
95-97%
89-90%
Diffuse glass
4 mm
90-91%
76-82%
PE / EVA films
200 µm
85-90%
78-82%
ETFE (F-Clean)
100 µm
93%
86%
PC sheet
12 mm
80%
61%
PMMA sheet Double Glass
16 mm 20 mm
89% 81%
76% 72%
+ zwaardere kapconstructie gaat productie kosten Elevatie van de zon in Nederland 15o - 62o (min - max)
AR glas
Lichttransmissie en AR behandeling
Optische eigenschappen van verschillende glassoorten met anti-reflectie coatings Transmission perpendicular τPAR p [-]
Transmission hemispherical τPAR h [-]
Type glass
Type coating
basic single
no
0.893
0.824
basic single
AR-AR
0.942
0.893
basic double
no
0.808
0.716
basic double
AR-AR-AR-AR
0.897
0.822
90+ double
AR-AR-AR-AR
0.934
0.850
Dubbel glas kan hogere transmissie krijgen als standaard enkel glas
Spectrale gevolgen AR coating enkel glas transmissivit y
transmissivit y
spectral
Coatings kunnen spectraal afhankelijk de transmissie beïnvloeden
Samenvattend
Het is mogelijk een dubbelglas te maken dat vergelijkbare transmissie heeft als enkel glas.
Grote potentiele energiebesparing mogelijk
MAAR
Samenvattend
Gewicht
i.p.v. 4 mm 2 x 3 mm gehard Sneeuw last en windbelasting spelen grotere rol Onderbouw / Kasdek aanpassen (deksysteem)
Vocht
MAAR
Condensatie van 100 l/m2/jaar ca. 10 l/m2/jaar Alternatief ontvochtigingssysteem gezocht Vocht is algemeen probleem bij verhogen isolatiegraad Kritische momenten?
Plantreacties
Gewastemperatuur in kop omhoog Als er minder gestookt wordt, veranderd de verticale temperatuurverdeling?
Proof off principle VenLow Energy kas
Modelmatig nagaan wat kansen en bedreigingen zijn: het maken van een teeltconcept
Consortium bouwt de kas
KASPRO berekend wat energetische en klimaatgevolgen zijn Expert pannel heeft besproken wat gevolgen voor het gewas kunnen zijn en hoe daar op geanticipeerd dient te worden
Scheuten Solar Glass glas Maurice kassenbouw de bouw Boal Aluminium kasdekconstructie Climeco Engineering vocht
Vertrekpunt is wat nu met “Het Nieuwe Telen” is bereikt
Het Nieuwe Telen in 7 stappen http://www.energiek2020.nu/het-nieuwe-telen
Klimaat “Nieuwe Telen” t.o.v. standaard
Meer isolatie Dubbele Schermen Isolerende kasdekken Ontvochtigingsinstallatie met buitenlucht aanzuiging Aanpassingen in de klimaatregeling Rustiger telen Met het klimaat mee telen (=denken vanuit de plantprocessen) Schermen sneller sluiten Vochtiger telen Klimaat homogeniseren Koelen minder CO2 verlies Vernevelen Actieve koeling WKO + WP systemen
Energiedoelstellingen proof of principle Venlow Energy kas
Groentegewas telen met 16m3/m2/jaar
praktijkconforme opbrengst • 80 kg komkommer • 30 kg rode paprika • 60 kg tomaat
Door
hoog isolerend glas i.c.m. nieuw teeltconcept hogere energiebesparing realiseren dan met “HNT” waar alleen gebruik gemaakt wordt van schermen.
Het Materiaal (loodrechte transmissie)
LOW-ε coating heeft enige NIR reflectie
Het Materiaal (Hemispherische transmissie)
lagen
Tp
Th
Enkel
AR-AR
98
91
Enkel
AR-Low-e
91
81
Dubbel Standaard glas
AR-AR-Low-e-AR
89
80
90
82
Energiezuinig ontvochtigen
Buitenlucht ‘altijd droger’ dan kaslucht (absoluut vocht) Met ventilatoren en slangen kan droge buitenlucht in de kas verdeeld worden Deze verdringt vochtige lucht door kieren Met balansventilatie kan uitgaande lucht de ingaande lucht voorverwarmen
Rendement beperkt want werkt alleen voor deel voelbare warmte, latente warmte verloren Extra ventilator nodig voor uitgaande luchtstroom
Lucht naverwarmen tot kasluchttemperatuur i.v.m. temperatuurverschillen en condensatie gevaar Gecontroleerd vocht af voeren kleine capaciteit 5 - 6 m3/m2/uur meestal al voldoende
Teeltconcept:
energetisch
Nieuwe Telen in Scheuten glas kas Scheuten glas dubbel + energiescherm + ontvochtigen Climeco systeem + minimum buis eruit Nieuwe Telen referentie Enkel glas + energiescherm + transparent scherm + ontvochtigen + setpointveranderingen: vocht ? ventilatie temperatuur ?
KASPRO -15% -10% -10%
23 m3 19.5 m3 17.5 m3 1 6 m3
Huidige proeven
2 7 m3
Teeltconcept:
kasklimaat & gewasrespons
Effect op kasklimaat
Eventuele gewasreactie
Mogelijke oplossing
’s Avonds langzamer afkoelen
Vegetatieve reactie, verstoring plantbalans.
Agressiever ventileren; grotere DIF; aangepaste stengeldichtheid, aantal vruchten; generatiever ras
Warmere nachten
Hogere etmaaltemperaturen: hogere onderhoudsademhaling, zwakkere kop
Ventileren
’s Winters lagere RV overdag
Compactere plant met lagere LAI.
Vernevelen
Overige perioden: hogere RV
Meer risico op ziekten en fysiogene afwijkingen.
Agressiever ventileren, grotere capaciteit ontvochtiger
Langzamer opwarmen gewas en/of vruchten
Lagere etmaaltemperatuur: minder groei. Lagere vruchttemperatuur: condensatie.
Meer schermuren
Temperatuurgradiënt: onderin kouder
Langzamer afrijpen vruchten
Groeibuis
Vochtiger microklimaat
Meer risico op ziekten
Groeibuis, ontvochtigen met luchtslurven tussen het gewas, verticale luchtbeweging mbv nivilators
Bouwen maar
Herfstteelt komkommer
Plantdatum 5 aug ruimdatum 16 nov (wk 31- 46)
21 kg komkommer met 5 m3 gas (doel 16 m3 /jaar) praktijk ca. 14 m3 gebruikt
Geen koeling, geen minimumbuis, wel verneveling, (nog) wel een scherm, ontvochtiging met warmteterugwinning
Gewascommissie’s vonden resultaten klinkend
Herfstteelt komkommer energiegebruik
Problemen?
Sneeuw
Heaters krijgen het met moeite weg Met gewas in de kas zou teelt ernstig aangetast worden
CO2 bron
Energiebesparing mooi maar CO2 vraag neemt nog niet af Alternatieve CO2 bron gewenst zoals OCAP of per as
Sneeuw op het dek
Hoe nu verder?
2011 tomatenteelt
23 december geplant Gewas heeft week achterstand t.o.v. een vergelijking afdeling reeds ingehaald.
Concluderend
Is het Venlow Energy concept al schoon en zuinig voor komkommer? Energiegebruik - Warmte [m3 / m2 ] - Elektriciteit [kWh] Productie [kg/ m2 ] Energie efficiency [m3 a.e. / kg]
referentie
HNT
dubbel
40 7 75
25 13 75 0.39
12 18 75 0.23
0.56
Nog niet helemaal; verbeterpunten:
Warmte oogsten uit de kas Elektriciteits gebruik drukken
Dank voor Uw aandacht
Investeringsruimte Venlow Energy concept +HNT
Opbrengsten Besparing warmte
22 m3 x 0,20=4,40
Productieverhoging
Kosten Extra CO2
0
Extra elektriciteit
5 kg x 0,07=0,35 11 kWh x 0,06=0,66
Onderhoud
0,75
Gevoeligheidsanalyse voor prijs van warmte
Programma Kas Als Energiebron
In nauwe samenwerking met
Onderzoek Adviseurs Toeleveranciers
Integrale aanpak met 7 sporen Er is niet 1 oplossing ! Energiebesparing
Teeltstrategieën
Licht
Efficiënt Fossiel
Duurzame energie
Zonne-energie
Aardwarmte
Biobrandstoffen
Duurzame(re) elektriciteit
Trias Energetica
CO2
Duurzame(re) CO₂₂
Results - covering
Optical properties of different greenhouse glasses (GG) with antireflection and/or low-emission coatings for perpendicular PAR (400700nm)
Results - covering Spectral transmission of glass with coatings (anti-reflection and lowemission) for perpendicular global radiation (300-2500nm)
AR&less NIR
1 transmission [-]
0.8
AR&low -e
0.6
AR 0.4
Reference GG single AR-AR GG single AR-LOWe GG double AR-AR-AR-AR GG double AR-AR-LOWe-AR
0.2
0 300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
2500
wavelength [nm]
Licht kwaliteit
Licht & energie
energy
Een dek met een hoge NIR reflectie kan de thermische belasting met 50% verminderen zonder de assimilatie te beinvloeden
NIR(Near InfraRed) = 50% of energy
UV
0 400
Het ideale kasdek heeft verschillende eigenschappen voor verschillende golflengten
700
wavelength
2500 nm
Licht kwaliteit
Absorptie, reflectie, transmissie van een blad PAR en NIR straling worden door plant anders behandeld NIR heeft hoge reflectie
Taiz en Zeiger, 1998
Light loss by water drops
Condensation behaviour AR glass
Light transmission of wet glass
Effect condensation on transmissivity transmissie nat 0.9
diffuus structuur in AR enkel
0.8
diffuus structuur uit
hydrofob AR enkel
standard enkel glas
0.7
0.6 polycarbonaat
standard dubbel glas
0.5
polycarbonaat 16 mm 0.4 0.5
hydrofob AR dubbel
16 mm antidrop
0.4
0.6 0.7 transmissie droog
0.8
0.9
Anti drip works (life time) No effect when surface is structured Hydrofob or hydrofoil (not shown)
Background
More than 90% of Dutch greenhouse area is covered with single glass. Energy losses through the covering are high during heating period (winter) Energy requirements are also high during cooling period (summer) in the case of semi-closed greenhouses.
Results - covering Spectral transmission of glass with coatings (anti-reflection and lowemission) for perpendicular global radiation (300-2500nm) AR&less NIR
1 transmission [-]
AR&low-e
0.8
0.6
AR 0.4
Reference GG single AR-AR GG single AR-LOWe GG double AR-AR-AR-AR GG double AR-AR-LOWe-AR
0.2
0 300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
2500
wavelength [nm]
