geschlossenen Gewächshausanlagen

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1 Methoden zur energetischen Bewertung von geschlossenen Gewächshausanlagen unter Berücksichtigung von Enthalpiedifferenzen Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum horticulturarum (Dr. rer. hört.) eingereicht an der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin von M.Sc. Ingo Schuch geb. am in Bernau bei Berlin Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin Prof. Dr. paed, habil. Jan-Hendrik Olbertz Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät Prof. Dr. Dr. h.c. Frank Elimer Gutachter: 1. Prof. Dr. sc. techn. Uwe Schmidt 2. Prof. Dr. rer. hört, habil. Joachim Meyer 3. Dr. agr. Hans-Peter Kläring Tag der mündlichen Prüfung:

2 Inhalt Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Nomenklatur XI XIV XV 1 Einleitung und Zielstellung 1 2 Stand des Wissens Grundlagen zur Wärmeübertragung beim Gewächshaus Wärmeleitung Wärmestrahlung Wärmeströmung Freie Konvektion Erzwungene Konvektion Phasenübergang Evapotranspiration Kondensation Luftwechsel Wärmebedarfs- und Heizlastberechnung in der Versorgungstechnik Wärmebedarfsberechnung 1929 bis Heizlastberechnung 2003 bis Heizlastberechnung von Gebäuden nach DIN EN Hüllflächenverfahren Verbrauchsverfahren Wärmebedarfsberechnung von Gewächshäusern nach DIN Wärmebedarfsberechnung von Gewächshäusern nach Ucs-Methode Gegenüberstellung der Berechnungsverfahren Simulationsprogramme im Kontext Gewächshaus" HORTEX Virtual Grower TRNSYS Energetische Aspekte bei (semi-)geschlossenen Gewächshäusern Effizienz bei der Gewinnung von Nutzwärme und Nutzkälte Solarthermische Kollektoren Wärmepumpen und Kältemaschinen Exemplarische Auswahl zur Klimatechnik Entfeuchtungswärmepumpe Luftaufbereitungseinheit (ATU) 39 VII

3 Feindrahtwärmetauscher (FIWIHEX) Rippenrohrwärmetauscher Watergy-System Novarbo-System Solarthermische Wärmespeicherung Tankspeicher Erdbeckenspeicher Erdsondenspeicher Aquiferspeicher 51 3 Beschreibung der Versuchsanlage Solarkollektorgewächsh3US Systemmaße und Eindeckmaterial Energieschirme Aggregatzur Wärme- und Kälteerzeugung Wärmetauschersysteme für Heizung, Kühlung, Entfeuchtung Anbauverfahren und Pflanzenbestand Referenzgewächshaus Tank-Wärmespeicher Kühlturm Betriebszustände Messtechnik Klimasensorik Energiestromzähler Massenstromzähler 62 4 Methoden Bewertungsgrößen beim Gewächshaus Luftwechselrate V-Luft-Wert V-Enthalpie-Wert Wärmeverbrauchskoeffizient Korrekturfaktor für den trockenen Wärmeverbrauchskoeffizient" Enthalpieladezahl Bewertungsgrößen der Solartechnik Kollektorwirkungsgrad Solarer Deckungsgrad Arbeitszahl Primärenergienutzungsgrad 71 VIII

4 4.3 Bewertungsgrößen beim Wärmespeicher Speicherbilanz Wärmedurchgangskoeffizient 73 5 Ergebnisse Energetische Bewertung der Gewächshäuser Einfluss der Dichtheit der Gewächshaushülle auf den Luftwechsel Luftwechsel bei geschlossener Lüftung Luftwechsel bei geschlossener Lüftung und Energieschirmeinsatz Dämmwirkung und Dichtheit der Energieschirme V-Luft mit Einzelschirm V-Luft mit Doppelschirm und Dampfschleusen V-Enthalpie mit Einzelschirm V-Enthalpie mit Doppelschirm und Dampfschleusen Einfluss der Energieschirmanlage auf den Wärmeverbrauch Wärmeverbrauch ohne Schirm Wärmeverbrauch mit Einzelschirm Wärmeverbrauch mit Doppelschirm Wärmeverbrauch mit Doppel-ZRollschirm Wärmeverbrauch mit Doppel-/Rollschirm und Dampfschleusen Vergleich der ermittelten Wärmeverbrauchskoeffizienten Enthalpieanalyse der Gewächshausluft Heizwärmezufuhr vs. Verdunstungswärme Latente Wärmedifferenz beim Gewächshaus mit/ohne Pflanzen Korrekturfaktoren (hx) und Enthalpieladezahlen (t) Energetische Bewertung der Solartechnik Umsetzung von auftreffender Solarstrahlung in Speicherwärme Kühlanteile der Wärmetauschersysteme Kollektor- und Nettokollektonvirkungsgrad Speicherladung vs. Wärmeverbrauch Deckungsgrad der solarthermischen Wärmenutzung Effizienz des Wärmepumpensystems Arbeitszahlen der Wärmeerzeugung/-verteilung Arbeitszahlen der Kälteerzeugung/-verteilung Vergleich der energetischen und primärenergetischen Parameter Energetische Bewertung des Wärmespeichers Wärmeverlust beim oberirdischen Speicher ohne Dämmung Wärmeverlust beim oberirdischen Speicher mit Dämmung 104 IX

5 6 Diskussion Anlagenkomponente Gewächshaus" Bauhülle Energieschirme Wasserverdunstung Anlagenkomponente Solartechnik" Wärmepumpe Solarabsorber Anlagenkomponente Wärmespeicher" Wärmespeicherkapazität Wärmedämmung Schlussfolgerungen Zusammenfassung (Summary) Literatur 133 Anhang 143 Curriculum Vitae 147 X