Produktion und Kosten im Griff Energie-Optimierung im Gartenbaubetrieb

Transkript

1 Produktion und Kosten im Griff Energie-Optimierung im Gartenbaubetrieb Potential von Energieeinsparungen durch computergestützte Klimastrategien bei Fruchtgemüse unter Glas Ulf Maeritz

2 Inhalt Allgemeine Überlegungen zu Energieverbrauch und Energieeffiziens Einfach weniger Heizen geht das? Bausteine einer energieeffizienten Klimasteuerung Heizenergie richtig einsetzen Lüftungstemperatur richtig einsetzen Sonnenenergie optimal nutzen Grenzen der Klimasteuerung Energieschirm(e) richtig steuern Lüftung und Luftfeuchtigkeit Pflanzen aktivieren Krankheiten vermeiden Minimumrohrtemperatur Einsatz des Vegetationsrohres Zukunftsausblick Das holländische Konzept: Das neue Kultivieren 2

3 Über meine Arbeit! 21 Jahr Produktionsberatung beim Gemüseerzeugerring Knoblauchsland Betreue dort u.a. die intensive Jahreskultur auf Substrat. Tomaten, Gurken, Paprika auf Substrat. Schwerpunkte der Beratung Kulturführung Klima, Bewässerung, Düngung Pflanzenschutz Betriebswirtschaft der Produktionstechnik Erträge und Kosten 3

4 Was können Sie erwarten! Beobachtungen, Erfahrungen und Überlegungen aus der Praxis. 4

5 Was können Sie nicht erwarten! Gut abgesicherte wissenschaftliche Ergebnisse! 5

6 Herausforderungen im Gewächshausanbau 90 er Jahre integrierter Pflanzenschutz Resistenzen gegen Pflanzenschutzmittel z.b. Weiße Fliege Nützlingseinsatz Ab 2000 zunehmende Spezialisierung Substratkultur Klimaführung 2006 Greenpeace Studie PSM LEH schränkt PSM Gebrauch ein Ab 2008 Energie wieder im Focus Andere Energiequellen Kohle, Holzhäcksel, Biogas, Abwärme Industrie, Geothermie Ab 2010 CO² Fußabdruck (CFP Carbon foot print) Energieverbrauch des Produktes im Focus Energieeinsparung wird ein Thema 6

7 Energieverbrauch und Gesellschaft Unser Energieverbrauch wird sicher weiter kritisch beobachtet. Die Gesellschaft und nachfolgend der LEH kümmert sich Zukunft sicher mehr um das wie wir produzieren anstatt was wir produzieren! Nur eine nicht verbrauchte kwh Energie ist eine gute kwh. 7

8 Wo und wann ist Energieeinsparung interessant? Wenn der Energiepreis hoch ist. Wenn der Energieverbrauch hoch ist. Höchstes Potential Bei hohem Verbrauch und hohem Energiepreis. Geringes Potential Bei niedrigem Verbrauch und niedrigem Energiepreis. 8

9 Welche Kulturen sind wirtschaftlich interessant? Kulturen mit 200 bis 500 kwh/m² Verbrauch pro Jahr m³ Gas oder l Öl pro m² Substratkultur Ganzjahreskultur kwh Jahr *m² Geheizte Winterkultur + geheiztes Fruchtgemüse im Frühjahr-Herbst 200 kwh Jahr *m² 9

10 Energieeinsparung und Investitionen Einsparung meist gekoppelt an technische Voraussetzungen bzw. Investitionen Dichtes und relativ modernes Gewächshaus Klimacomputer Rohrheizung Vegetationsheizung Energieschirm einfach oder doppelt Ventilatoren für gute Energieverteilung Neues GWH Haus Luftbehandlungskästen Daher wird am meisten bei den modernen Häusern und Neubauten über Energieeinsparung gesprochen. Dort hohes Ertragspotential Alte Häuser oft mit geringem Ertragspotential Ertragspotential gering Investitionen hoch in Bezug auf Ertrag 10

11 Energie pro Fläche Energieverbrauch Vor 10 Jahren 50 m³ Gas / m² Jetzt Ziel in der Praxis 30 m³ Gas /m² Aber richtiger ist Energie pro kg Ertrag Vor 10 Jahren 50 m³ Gas für 50 kg/m² Tomaten = 1 m³ für 1 kg Tomaten Jetzt m³ Gas für kg/m² Tomaten = 0,6-0,8 m³ auf 1 kg Ertrag Anderer Umgang mit Energie Aber auch andere Häuser und andere Sorten etc. Zukunft geschlossene Häuser 17 m³ Gas für 70 kg/m² Tomaten 11

12 Energieverbrauch Absoluter Energieverbrauch pro Fläche kwh/m² Ökologischer Energieverbrauch pro kg Ertrag kwh/ kg Produkt Wichtig für CO2 Fußabdruck Ökonomischer Energieverbrauch pro Marktleistung kwh/ Marktleistung 12

13 Energieeinsatz und Ertragssteigerungen Alles was denn Ertrag steigert bei gleichem Energieverbrauch steigert die Energieeffiziens. Neue Häuser Höher und heller Diffuses Glas? Höhere CO2 Gaben Ertragreichere Sorten Bessere Kultursteuerung z.b. Klimaführung 13

14 Wann und wofür verbrauchen wir Energie Winter Frühjahr Sommer Herbst 40 % 23 % 15 % 22 % Heizung Heizung Aktivierung Heizung Aktivierung Aktivierung Luftfeuchte Krankheiten Luftfeuchte Heizung Krankheiten Luftfeuchte Krankheiten 14

15 Einfach weniger Heizen? Geht das? Energieeffizienz durch weniger Heizen? 15

16 Energie sparen durch niedrigere Heiztemperaturen. Rohrtemperatur beschränken. z.b. maximal auf 60 C Energieschirm länger zu lassen. 16

17 Problem Ertragsverluste Sehr sparsame Energiestrategie führt oft zu Ertragseinbußen. 17

18 Pflanztermin und Energieeinsparung Frühe Pflanzungen Mitte Dezember bis Mitte Januar erbringen kaum Mehrerträge. Für eine Woche früherer Erntebeginn muss in diesem Zeitraum ca. 2 Wochen länger geheizt werden. Energieverbrauch 15 kwh/woche = 30 kwh für 1 Woche frühere Ernte! Pflanztermine ab ca besser geeignet. Für frühere Pflanztermine sprechen v.a. marktstrategische Gründe. 18

19 Bausteine einer energieeffizienten Klimasteuerung 19

20 Heizenergie richtig einsetzen 20

21 Heiztemperatur an Lichtmenge anpassen Heizung nur sinnvoll wenn ausreichend Licht für Wachstum vorhanden ist. Früher: Durchschnittstemperatur wurde v.a. an Kulturstadium gekoppelt. Gleiche Heiztemperatur bei wenig und viel Licht. Heute wird Durchschnittstemperatur immer in Bezug auf Kulturstadium Kulturzustand Lichtmenge angepasst. Bei wenig Licht geringe Durchschnittstemperaturen Tomate z.b. bis 17 C Bei viel Licht höhere Durchschnittstemperaturen Höheres Wachstumspotential Tomate z.b. bis 20 C 21

22 Tomate Winter bis frühes Frühjahr Dezember bis März 22

23 Wenig Licht Wenig Heizung 23

24 Viel Heizung Viel Licht 24

25 Lichtsummenvergleich 2010 zu 2011 Lichtsumme in Joule/Woche

26 Vergleich 2010 und 2011 Tomaten Durchschnittliche Haustemperatur Durchschnittliche Heiztemperatur ,1 C 18,3 C ,8 C 18,8 C 26

27 Lüftungstemperatur richtig einsetzen 27

28 Lüftungstemperatur Früher Lüftungstemperatur bei Tomate z.b. 20 C 0,5 C über der Heiztemperatur Heute Lüftungstemperatur am Nachmittag höher C Mehr Temperatur am Tag weniger in der Nacht. Weniger Heizenergie Generativere Pflanze 28

29 Lüftungsöffnung am Tag beschränken Früher: Lüftungsöffnung ging im Sommer meist 100 % auf Heute: Lüftungsöffnung möglichst gering halten Mehr CO2 im Haus Höhere Luftfeuchte Weniger Stress für die Pflanze 29

30 Tomate Frühjahr und Sommer März bis Anfang September 30

31 Viel Licht Hohe Lüftungstemperatur 31

32 Niedrige Lüftungstemperatur Wenig Licht 32

33 Tomate Herbst Ende September bis November 33

34 Sonnenenergie optimal nutzen Geschwindigkeit = Durchschnittstemperatur über natürliche Lichtmenge regulieren! Herbst Tomate Wenn alle Früchte gesetzt sind Ab 20 September Lüftungstemperaturen C Heiztemperatur bliebt gleich Durchschnittstemperatur wird durch die Lichtmenge und Lüftungstemperatur reguliert. Bei wenig Licht ca. 17,5 bis 18 C Bei wenig Licht ca. 20 C 34

35 Hohe Lüftungstemperatur Viel Licht Niedrige Nachttemperatur 35

36 Niedrige Lüftungstemperatur Wenig Licht 36

37 Technische Realisation Anpassungen über die Lichtintensität der Heiztemperatur. der Lüftungstemperatur, z.b. 2 K zwischen Watt Anpassung über Lichtmenge z.b. ab 500 Joule Lichtsumme. 1 K mehr Heiztemperatur. 37

38 Grenzen der Klimasteuerung Ungleiche Wärmeverteilung im Gewächshaus 38

39 Wärmemessung Tomaten Temperaturprofil Abteil 2 1m höhe Nacht Temperatur [ C] Datenreihen1 Datenreihen Messung durch Valentin Sauer vom Foreta-Projekt BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND ENERGIEEFFIZIENTE 3 TECHNOLOGIEN UND ANWENDUNGEN 4 5 Datenreihen3 Datenreihen4 39

40 30 T RF 21 Temperature nr 2 C T RF 7 Temperature nr 2 C T RF 6 Temperature nr 2 C T RF 16 Temperature nr 2 C T RF 10 Temperature nr 2 C T RF 9 Temperature nr 2 C T RF 12 Temperature nr 2 C T RF 17 Temperature nr 2 C T RF 4 Temperature nr 2 C T RF 2 Temperature nr 2 C T RF 3 Temperature nr 2 C T RF 1 Temperature nr 2 C T RF 18 Temperature nr 2 C T RF 8 Temperature nr 2 C T RF 14 Temperature nr 2 C T RF 20 Temperature nr 2 C T RF 13 Temperature nr 2 C T RF 15 Temperature nr 2 C T RF 11 Temperature nr 2 C T RF 19 Temperature nr 2 C : : : : : : :00 40

41 Botrytis Geisterflecken Maeritz 41 Gemüseerzeugerring

42 Ursachen für Geisterflecken Geisterflecken infiziert während und kurz nach der Blüte. Zu hohe Luftfeuchtigkeit im Kopfbereich der Pflanze. In der Nacht durch fehlende oder zu geringe Heiztemperatur. Kalte Ecken im Gewächshaus Dort meist auch mehr Blattbotrytis Maeritz 42 Gemüseerzeugerring

43 Ungleiche Wärmeverteilung Fast alle Gewächshäuser haben kalte Ecken. Hier mehr Krankheiten z.b. Botrytis. Temperatur kann im Herbst oft nicht auf 14 C gesenkt werden. Bessere Wärmeverteilung gewünscht! In der Praxis schwierig! Großer Forschungsbedarf! 43

44 Energieschirm(e) Energieeinsparung durch richtige Steuerung des Energieschirm 44

45 Energieschirm Transparenter Schirm Tagesschirm mit 10 % Lichtverlust z.b. Svennson SLS 10 Ultra Plus, XLS 10 REVOLUX, H2No 45

46 Energieschirm am Tag Früher wurde Schirm jeden Tag für mehrere Stunden geöffnet. Probleme Kältefall auf die Pflanzen Mehr Botrytis Höhere Rohrtemperaturen notwendig 46

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48 Energieschirm am Tag Heute bleibt Schirm am Tag geschlossen wenn Lichtmenge zu wenig ist Bei Tagen mit weniger als Watt Bei Tagen mit 200 Joule Lichtmenge / Tag Bei Regen oder Schneefall im Frühjahr und Herbst. Wenn Rohrtempertur zu hoch wird. Schirm wird später am Tag geöffnet Effekt Erst wenn Temperatur über dem Schirm bei C liegt Erst wenn Rohrtemperatur nicht mehr zu stark ansteigt Lichtverlust von 8-10 % bei sauberem Schirm. Aber weniger Kältefall und geringer Rohrtemperatur notwendig. Weniger Krankheiten z.b. Botrytis durch Kältefall 48

49 Wetter beachten Schirm bleibt zu Niedrigere Rohrtemperaturen Wenig Licht 49

50 Rohrtemperaturen beachten Schirm geht auf Licht von ca. 100 Watt 50

51 Energieschirm öffnen Temperaturmessung über dem Schirm sinnvoll. Schirm erst ganz öffnen wenn Temperatur über dem Schirm über 14 C liegt 2-3 C über der Raumtemperatur Messung der Pflanzentemperatur mit Sensor zur Kontrolle. 51

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54 Rohrtemperaturen beachten Rohrtemperatur beachten! Schirm nur öffnen wenn Rohrtemperatur nicht zu stark ansteigt! Schirm nicht öffnen z.b. wenn Zu kalt Trüb und kalt Windig und kalt Viele Klimaprogramm bieten die Möglichkeit den Schirm über Energiemenge zu steuern Z.B. Belastung der Heizung 54

55 Heizen unter dem Energieschirm Durchschnittsgeschwindigkeit bzw. Temperaturspitzen an trüben und kalten v.a. machen wenn Schirm geschlossen ist. Beispiel Winter Schirm schließt um 15 Uhr. Wenn Rohrtemperatur mittags zu hoch wird, wird Temperaturspitze in die Zeit verlegen nachdem Schirm schon geschlossen ist. 55

56 Zweiter Energieschirm Als transparenter Tagesschirm oder als feste Antikondensfolie Beweglicher 2. Schirm Kann geöffnet werden, wenn zu warm oder zu feucht. Ersparnis ca % in der Zeit wenn der Schirm zu ist. Praxis ca K geringer Rohrtemperatur notwendig. Grenzen wenn Rohrtemperatur in der Nacht längere Zeit unter C fällt und Luftfeuchtigkeit zu hoch wird Aber wann ist die Luftfeuchte für ein Pflanze zu hoch? Einsparpotential? 56

57 Einsparpotential 2. Energieschirm Verbrauch m³ Verbrauch m³ Einsparung Einsparung Einsparung Wochen Gas/Woche Gas gesamt 20 % 25 % 30 % 4 1,5 6 1,2 1,5 1,8 6 1,5 9 1,8 2,25 2,7 57

58 Antikondensfolie als zweiter fester Schirm Raumtemperatur ist leichter zu halten. Blatttemperaturen sind höher. Dadurch kann nachts tiefer gefahren werden Bessere generative Steuerung und Balance Luftfeuchtigkeit ist etwas höher, aber noch kein Problem Leichter zu kultivieren durch wärmere Pflanzen. Weniger Botrytis durch weniger Kältefall. Ertragsverluste??? 58

59 Wärme von oben nach unten bringen Wärme steigt auf Vertikale Ventilatoren sollen Wärme von oben nach unten bringen. 59

60 Verticale Ventilatoren 60

61 Lüftung und Luftfeuchtigkeit 61

62 Wozu Lüften? Energie abzuführen Um optimale Temperatur im Gewächshaus zu erreichen. Luftfeuchtigkeit abzuführen Problem: Aktivität der Pflanze erhalten. Krankheiten reduzieren Wann ist es wirklich zu feucht für die Pflanzen. 62

63 Lüftung und Energieverbrauch Lüftungsspalt abhängig von der Außentemperatur. Lüftungstemperatur so hoch wie möglich einstellen. Lüftung so gering wie möglich aufmachen Besseres Klima Mehr CO2 im Haus Probleme möglich durch inaktive Pflanze. mehr Krankheiten. 63

64 Luftfeuchtigkeit messen Messung der Feuchtigkeit Relative Luftfeuchte Feuchtdefizit Lüftung, Heizung und Energieschirm werden reguliert wenn Feuchte zu hoch oder zu niedrig Entscheidend sind aber Bedingungen direkt am Blatt Messung der Blatttemperatur Messung der Bedingungen Grenzschicht direkt am Blatt Krankheiten In der Stomata Verdunstung, CO2 Aufnahme Bessere Messmethoden in Zukunft notwendig! 64

65 Pflanzen aktivieren Krankheiten vermeiden 65

66 Minimumrohrtemperatur Zum Aktivieren der Kultur wurde empfohlen: Mind. 45 C Rohrtemperatur zu halten = Minimumrohrtemperatur z.b. die zweiter Hälfte der Nacht Teilweise den ganzen Tag. um Blatttemperatur und Verdunstung zu erhöhen. Aktivierung der Pflanze. Pilzinfektionen zu vermeiden. 66

67 Rohrheizung 67

68 Minimumrohrtemperatur und Energieverbrauch Minimumrohrtemperatur kostet viel Energie bringt aber keinen Mehrertrag Versuch bei Gurken Waageningen WUR Mit Minimum 38,5 m³/m² Ohne Minimum 30,7 m³/m² Verringerter Minimum 34 m³/m² Ohne nachteilige Effekte auf die Kultur 1 Stunde mit 45 C bei 18 C Raumtemperatur kostet 75 m³ Gas/ha 100 Tage 3 Stunden Minimumrohrtemp. kostet ca. 1 /m² 68

69 Rohrtemperatur über Licht wegfallen lassen. Rohrtemperatur fällt ab einer bestimmten Lichtintensität weg V.a. an klaren stabilen Tagen Z.B. zwischen Watt Minimum wird nur eine bestimmten Zeitraum zugelassen Sommer z.b. 2 Stunden vor Sonnenaufgang.. bis 2 Stunden nach Sonnenaufgang 69

70 Minimumtemperatur durchlaufen lassen Konstante Minimumtemperatur sinnvoll bei wechselhaften Tagen Kalte Außenbedingungen Regen und Sonne wechseln sich ab Heizsystem reagiert zu langsam Kalte Luft fällt in die Kultur Luftfeucht zu hoch Regnerischen Tagen im Sommer Wenn Außentemperatur hoch ist Hohe Luftfeuchtigkeit im Haus Teilweise wird bei offener Lüftung geheizt. 70

71 Einsatz der Vegetationsheizung 71

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73 Vegetationsheizung zur Aktivierung Zur Aktivierung der Pflanze. Vorrangig vor Rohrheizung schalten. Bei höherem Energiebedarf schaltet sich die normale Heizung dazu. 73

74 Minimumheizung über Vegetationsheizung 74

75 Fazit Klimateuerung Große Potentiale zur Energieeinsparung. Aber es gibt keine einfachen Strategien. In der Praxis laufende Anpassungen notwendig da Wetterbedingungen sehr variable sind. Entscheidend bleibt weiterhin derjenige der den Klimacomputer bedient! Immer noch ist der grüne Daumen gefragt! Spezialisierte Betrieben haben Vorteile! 75

76 Gesamtkonzept für die Zukunft Das neue Kultivieren! Nieuwe Telen 7 Bausteine für weniger Energieverbrauch 76

77 Schritt 1 Entfeuchtung der Luft mit Luftbehandlungskästen. Weniger Lüftung notwendig. Intensiver Einsatz von mehreren Energieschirmen möglich. Einsparung ca. 15 %. Bisher zu teuer und noch nicht ausgereift! In Zukunft aber höchst interessant. Beobachten! 77

78 Schritt 2 Intensive Isolierung mit mehreren Energieschirmen. Einsparung bis zu 15 % Wird in der Praxis vermehrt eingesetzt. 78

79 Schritt 3: Temperaturintegration Sonnenlicht optimal nutzen Pflanzdatum anpassen Einsparung bis zu 5 % Wird in der Praxis stark eingesetzt. 79

80 Schritt 4 Kontrollierte Luftbewegung. Vertikale Ventilatoren nutzen. Verbesserung der horizontalen Temperaturverteilung. Weniger Pilzkrankheiten. In der Praxis bisher noch nicht ausgereift. Ist aber sehr interessant. Kosten? 80

81 Schritt 5 Luftbefeuchtung. Lüftung bleibt länger geschlossen. Höhere CO2 Werte. Höhere Erträge. In der Praxis nicht immer erfolgreich. Kosten zu hoch im Vergleich zu Effekt? 81

82 Schritt 6 Aktive Kühlung des Hauses. Höhere Erträge. In der Praxis noch nicht eingesetzt. Kosten? 82

83 Schritt 7 Geschlossenes Haus Wärme wird im Sommer im Grundwasser gespeichert. Im Winter wird Wärme wieder über Wärmepumpen zurückgewonnen. Einsparung bis zu 25 % Technisch aufwendig. Bisher zu teuer. Zukunft? 83

84 Die Zukunft wird spannend! Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit! 84