ZINEG Projektteil Hannover

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1 ZINEG Projektteil Hannover - Gewächshaus mit maximaler Wärmedämmung, geschlossener Betriebsweise, Solarenergienutzung und Integrationsstrategien bei Topfpflanzen Am Standort Hannover ist auf dem Gelände der Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau (LVG) in Hannover- Ahlem in Kooperation mit dem Fachgebiet Biosystem- und Gartenbautechnik der Leibniz Universität Hannover ein Niedrigenergiegewächshaus (Abb.1) für die Kultur von Topfpflanzen gebaut worden. Das Gewächshaus hat eine Grundfläche von 960 m 2 und ist in zwei Abteilungen aufgeteilt. Jede Abteilung kann durch die Verdunkelung in zwei Unterabteilungen aufgeteilt werden. Eine maximale Wärmedämmung des Gewächshauses wird erreicht, indem das Dach mit einer neuartigen Isolier-Doppel-Verglasung mit antireflexbeschichtetem Glas (Groglass) und Argonfüllung eingedeckt worden ist. Die Isolierverglasung hat eine höhere Lichtdurchlässigkeit als normales Einfachglas. Die Außenstehwände und Giebel sind mit Acryl Steg-Vierfach- Platten (Evonik) eingedeckt. Zusätzlich wurde ein dreilagiger Energieschirm (Abb.2), bestehend aus einem Tagesenergieschirm (SHS 15 in B1, Novavert), einem Energieschirm (Pyro Silver 50 in B1, Reimann) und einer Verdunklung (XLS Obscura Revolux in B1, Ludvig Svensson) installiert. Ein weiterer Ansatz zur Nutzung der Solarenergie Abb. 1) Blick aus nordöstlicher Richtung auf das ZINEG- Versuchsgewächshaus Abb. 2) Quelle: LVG Ahlem Quelle: Gökhan Akyazi Dreilagiger Energieschirm bestehend aus Tageslichtenergieschirm (oben), Energieschirm (mitte) und Verdunkelung (unten)

2 wurde in Form einer Tag-Nacht-Speicherung der im Gewächshaus entstehenden solaren Überschusswärme realisiert. Dazu wurden im Gewächshaus spezielle Niedertemperaturwärmetauscher installiert. Bei Bedarf wird tagsüber die Luft mit Wasser aus einem Kaltwassertank über diese Wärmetauscher gekühlt und so die Sonnenenergie zwischengespeichert. Über eine Wärmepumpe (8,7 kw elt ) wird Überschusswärme aus dem Kaltwasserspeicher in den Warmwasserspeicher (je 50 m 3 ) gepumpt und damit für die Beheizung des Gewächshauses verfügbar gemacht. Nach Simulationsrechnungen kann dieses Gewächshaus von Ende Februar bis November mit Solarenergie beheizt werden. Die Kühlung des Gewächshauses über die Wärmetauscher mit Wasser aus dem Kaltwasserspeicher ermöglicht zusammen mit einer eminent wichtigen Entfeuchtung der Luft im Gewächshaus eine zumeist geschlossene Betriebsweise des Gewächshauses und schafft so zusätzlich die Möglichkeit einer effektiven CO 2 -Düngung. Ein weiterer Ansatz zur Energieeinsparung sind neu zu entwickelnde Klima- Regelstrategien. Hierbei handelt es sich um Strategien die sich zum Teil deutlich von konventionellen Klimaregelstrategien (z.b. Diff+Drop, Cool Morning) unterscheiden. Die sehr gute Isolierung des Gewächshauses, zum Beispiel durch den mehrlagigen Energieschirm oder die guten Isoliereigenschaften der Bedachung und der Stehwände, sorgt für ein hohes Speichervermögen der Wärme im Gewächshaus. Aus diesem Grund ergibt sich unter anderem die (Versuchs-) Frage, ob zum Erreichen einer bestimmten Temperatursumme nicht die Temperaturen in der Nacht angehoben werden sollten, um so gleichzeitig den geladenen Warmwasserspeichertank zu entladen und die Energie zu nutzen. Ansonsten würde sich nach kurzer Zeit die Problematik ergeben, dass kein sinnvoller Nutzen für die gespeicherte Wärme möglich ist. Das Gesamtkonzept ist nur dann sinnvoll zu realisieren, wenn zu bestimmten Zeiten auch Kulturen mit einem höheren Wärmebedarf kultiviert werden, da auch nur dann die in den Speichertanks gespeicherte Wärme sinnvoll eingesetzt werden kann. Von übergeordneter Wichtigkeit ist es, die Reaktion der Pflanzen auf die jeweiligen Klimaveränderungen möglichst zeitnah zu erfassen, um so eine Art Behaglichkeitszone für die jeweilige Kultur zu ermitteln bzw. Stressbedingungen rechtzeitig erkennen zu können.

3 Speichermanagement: Das Laden und Entladen der wasserbasierten Energiespeicher, sowie die aktive Entfeuchtung des Systems (Abb.3) erfordert ein spezielles Managementkonzept, dass es zu entwickeln gilt. Insbesondere gilt es ein intelligentes Entfeuchtungskonzept zu realisieren, da eine deutliche Erhöhung der Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus, durch die Dichtigkeit und vorwiegend geschlossene Betriebsweise im Vergleich zu einer konventionellen Betriebsweise, zu erwarten ist. Die aktive Entfeuchtung wird über die Wärmetauscher geleistet. Je Gewächshausunterabteilung sind vier Wärmetauscher im Einsatz. Von diesen sind drei zusammen und einer separat ansteuerbar. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, über drei Wärmetauscher die Luft zu erwärmen, wohingegen der separat ansteuerbare Wärmetauscher die Luftmassen abkühlen kann und so die Luftfeuchtigkeit aktiv herabsetzt. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Entwicklung einer energieoptimierten Entfeuchtung, da diese im Normalfall sehr energieintensiv ist. Zu beachten ist, dass sich die neuen Konzepte von den konventionellen zum Teil deutlich unterscheiden. Die wesentlichen Führungsgrößen einer neuarteigen Klimaregelung müssen die Temperatursumme und Luftfeuchte sein und nicht wie bis dato die reine Temperatur. Abb. 3) Quelle: Klaus Knösel Wärmespeichersystem mit NT Wärmetauscher und Entfeuchtung Phytomonitoring Unterschiedliche Maßnahmen, wie die vorwiegend geschlossene Betriebsweise des Gewächshauses oder die neu zu entwickelnden Klimaregelstrategien, die eingesetzt

4 werden, um Energie einzusparen, üben einen maßgeblichen Einfluss auf das Klima im Gewächshaus aus. Dadurch sind die Kulturen direkt von den Energieeinsparungsmaßnahmen betroffen und reagieren auf diese. Ein wichtiger Punkt in diesem Zusammenhang ist es herauszufinden, wie und in welchem Ausmaß die Pflanzen auf die eingestellten Parameter reagieren. Wirken sich die Klimabedingungen nachteilig auf die Vitalität der Pflanzen aus, erleiden die Pflanzen also einen gewissen (negativen) Stress, so ist auf längere Sicht, über die Zeit der Kulturdauer von einem zum Teil beachtlichen Qualitätsverlust auszugehen. Diesen gilt es in jedem Fall zu vermeiden. Für diesen Zweck sind Phytomonitore im Einsatz, die zerstörungsfrei über die Messung des Gaswechsels Aufschluss über den `Zustand der Pflanzen geben. Mittels Küvetten, die am Blatt fixiert werden, findet eine Analyse der CO 2 Konzentration in einem unmittelbaren Bereich um das eingespannte Blatt statt und wird mit der Umgebungsluft verglichen. Daraus kann dann abgeleitet werden, in welchem Umfang die Pflanzen CO 2 verbrauchen und verstoffwechseln. Parameter wie Blatttemperatur, Nettophotosynthese und Transpiration werden direkt erfasst. Ferner werden auch Bedingungen der Umwelt (Temperatur, Sättigungsdefizit, etc.) ermittelt und für Berechnungen weiterer Parameter wie zum Beispiel des stomatären Leitwerts genutzt. Das Phytomonitoringsystem wird in den Versuchen an die jeweiligen Kulturen angepasst und verbessert. Die Daten und Werte des Phytomonitorings, inklusive der destruktiven Bonituren, werden im Weiteren für eine Modellierung der Pflanzenreaktionen, insbesondere auf Stress, verwendet. Zum Einsatz kommen auch andere Techniken und Analyseverfahren die den Pflanzenstress ermitteln und quantifizieren. Dazu zählt insbesondere das Verfahren der Chlorophyllfluoreszenz. Pflanzenbauliche Fragestellungen bei Topfzierpflanzen Um das Ziel der maximalen Energieeinsparung zu erreichen, bedarf es neben den technischen Innovationen auch entsprechender, an verschiedene Pflanzenarten angepasste Klimaregelstrategien. Im Rahmen der pflanzenbaulichen Untersuchungen werden neue Ansätze für Integrationsregelstrategien (z.b. Temperatursummenstrategie über möglichst lange

5 Zeiträume) in der Topfpflanzenproduktion von der Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau in Ahlem entwickelt (Abb. 3). Der Anwendung von Klimaregelstrategien werden Grenzen durch die Ansprüche der pflanzlichen Wachstums- und Entwicklungsprozesse gesetzt, die oftmals in art- oder sortenspezifischen Optimalbereichen liegen. Werden diese Bereiche erheblich unter- oder überschritten, könnten irreversible Schäden an den Pflanzen die Folge sein. Bislang sind die Möglichkeiten zur Ausschöpfung des Wachstumspotenzials pflanzlichen von Topfzierpflanzen, wenn man von der Züchtung wenig wärmebedürftiger Sorten absieht, wenig untersucht und in der Praxis genutzt worden. Daher sollen verschiedene, saisonale Zierpflanzenarten (Beet- und Balkonpflanzen, Weihnachtssterne und andere Topfpflanzen) dahingehend untersucht werden, welche Temperatur- und Strahlungsamplituden sie ohne Qualitätsverlust kompensieren können und in welche Klimabedingungen und -strategien sie sich integrieren lassen. Besonderes Interesse gilt dabei kühletoleranten Sorten, die mit niedrigeren. Temperaturen auskommen. Es ist davon auszugehen, dass die angestrebte überwiegend geschlossene Betriebsweise zu hohen Luftfeuchten im Gewächshaus führen wird und damit auch das Risiko von Pflanzenkrankheiten, insbesondere pilzlichen Schaderregern, steigen wird. Daher stellt die Erarbeitung von Entfeuchtungsstrategien einen bedeutsamen Aspekt der pflanzenbaulichen Untersuchungen dar, einschließlich der Analyse potenzieller Pflanzenkrankheiten. Abb. 4) Topfsonnenblumen (Helianthus annuus) als Übergangskultur zur Identifizierung der Anlagenmöglichkeiten.

6 Marktrelevante Zierpflanzenarten Im Fokus der pflanzenbaulichen Untersuchung stehen überwiegend marktrelevante Zierpflanzenkulturen. Im März 2010 konnte mit der Durchführung des ersten Versuches mit Pflanzen aus dem Beet- und Balkonpflanzensortiment begonnen werden. Unter dem gegebenen Gewächshausklima wurde das vegetative und generative Pflanzenwachstum von Pelargonium zonale und Petunia x hybrida untersucht. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden wichtige Wachstumsparameter wie Einstrahlung, Temperatur oder relative Luftfeuchtigkeit zur Erfassung und Beurteilung der im Versuchsgewächshaus vorherrschenden Klimabedingungen aufgenommen. Ein zweiter Versuch mit Topfsonnenblumen folgte in den Sommermonaten. Erste Erfahrungen wurden auch mit der Klimasteuerung in Verbindung mit der Kühl- und Entfeuchtungsfunktion des neuen Heizsystems gesammelt. Von August bis Anfang Dezember wurden in dem Niedrig- Energiegewächshaus verschiedene Sorten von Weihnachtssternen kultiviert, deren Wachstumspotenzial unter verschiedenen Temperatureinstellungen untersucht wurde. Autoren: Melanie Horscht Landwirtschaftskammer Niedersachsen Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau Ahlem melanie.horscht@lwk-niedersachsen.de Gökhan Akyazi Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Fachbereich Biosystem- und Gartenbautechnik akyazi@bgt.uni-hannover.de