GAU projekt Nedsættelse af energiforbruget og CO 2 emissionen fra væksthusgartnerierhvervet.

Transkript

1 GAU projekt Nedsættelse af energiforbruget og CO 2 emissionen fra væksthusgartnerierhvervet. Delprojekt Nye gardinanlæg, herunder flerlags- og selektive gardiner. Indledning. Energiforbruget i væksthuse er ganske stort, idet klimaskærmen normalt er opført af enkelt lag glas. De første gardinanlæg, der blev monteret i 70 erne var vævede akrylgardiner, der primært skulle skygge for solen om sommeren. Isoleringsevnen var ikke voldsom stor ca. 5 %. Efter energikrisen i begyndelse af 80 erne øgedes udviklingen af nye og mere energibesparende gardinsystemer. I dag er der en bred vifte af gardinsystemer til næsten ethvert formål. Her vil der overvejen blive fokuseret på gardinanlæg energibesparende effekt. Gardinanlæg. De mest almindelige gardinanlæg der udbydes, er syede gardiner, hvor ca. 5 mm baner af klar plast og alufolie er syet sammen til et helt gardin. Derved er det forsøgt at kombinere skygning og energibesparelse i væksthuset. Besparelsen og skyggefaktoren afhænger noget af, forholdet mellem aluminiums og plast banerne der udgør gardinet. Tabel1 giver nogle ca. værdier for enkelte gardintyper afhængig af antallet af aluminiums og plastbaner, energibesparelsen gælder når gardinet er trukket for..

2 Kombinationerne af antal af aluminiums- og plastbaner er utallige. Gardinleverandører kan oplyse om værdierne for de forskellige gardintyper. Mobile gardinanlæg. Gardin opbygning Skyggefaktor Beregnet energibesparelse Kun plast 10 til 20 % 40 til 50 % 1 Aluminium + 3 plast 35 til 40 % 45 til 50 % 1 Aluminium + 1 plast 55 til 60 % 55 til 60 % 2 Aluminium + 1 plast 70 til 75 % 60 til 65 % Kun Aluminium 100 % 70 til 75 % Tabel 1, angiver ca. værdier for skyggefaktor og isoleringsværdi afhængig af antallet af aluminiumsstrimler. Der er flere nye typer gardinmaterialer under udvikling, et plastmateriale der sikre at al indstråling bliver diffus og et såkaldt NIR-gardin der har selektive egenskaber. Med et diffust gardin reduceres varmebelastningen fra den direkte stråling og lyset trænger dybere ned i plantemassen. NIR-gardinets selektive egenskaber betyder, at ca. 80 % af indstrålingen i det nærinfrarøde strålingsområde 800 til 120nm reflekteres og derved reducerer varmebelastningen i væksthuset ganske betydeligt. Det nærinfrarøde strålingsområde udgør ca. 30 % af totalstrålingen. De to nævnte materialerne kan ligesom aluminiums- og plastbanerne, indgå i gardinet med et antal baner. Der er således mange kombinations mulighederne for valg gardin løsning. Effekten af både det diffuse og NIR-gardinet bør undersøges nærmere. Isoleringsværdien ligger tæt på værdien for plastbanerne, så kombinationer med de nye gardintyper er af mere dyrkningsmæssige karakter. Selv med det store udbud af forskellige materialer er det vanskelig, at optimerer både energibesparelsen og planteproduktionen. I vurderingen af hvilket gardinmateriale der skal vælges skal reduktionen af lyset på ca.15 % gennem glasset med i overvejelserne. Tekniske aspekter.

3 Valg af gardinsystem og gardintype afhænger af den primære funktion gardinet er tiltænkt. Generelt gælder det, at flere aluminiumsbaner giver bedre isolering og en højere skyggefaktor. Et gardin, der trækkes for i væksthuset lige under glasset, giver ganske god isolering. Der er 3 primære årsager til isoleringseffekten: a. Gardinet skal slutte tæt mod begrænsningsfladerne, cirkulationen mellem luften over gardinet og under gardinet skal være minimalt. b. Gardinet ændrer den udstråling væksthuset afgiver til himmelrummet/skyerne, på grund af aluminiums ganske lave strålingstal. c. Den valgte gardinstyrings strategi (hvor lang tid er gardinet trukket for) Afhængig af vejrforholdene, vil udstrålingen være betydende og det gælder specielt i koldt og klart vejr. I perioder med overskyet og blæst er tætheden vigtig. Kan planteproduktionen klare klimaforholdene i et forholdsvis tæt og lukket rum, vil et dobbeltgardin kunne anvendes. Normalt etableres lystætte aluminiumsgardiner kun i mørklægningsøjemed, men i den senere tid er dobbeltgardiner anvendt som isoleringsgardin. Et dobbeltgardin er 2 lag gardinstof, der sys sammen hvorved der opnås mange uens spalter luft mellem lagene. Anvendes et dobbeltgardin hvor hvert lag består af en side med aluminiumsbaner og en side med sorte plastbaner, giver det en god energibesparelse, når de sys sammen med alu-siderne udad. Et eller flere gardinanlæg. Et gardinanlægs anvendelighed vurderes i hovedtræk ud fra isoleringsværdi, skyggefaktor og hvor mange timer anlægget kan være trukket for. Det gælder både i dag- og nattetimerne. Med det kendskab vi har til de forskellige gardintyper, hvor et gardin kun med aluminiumsbaner har meget høj isoleringsværdi men ingen indstråling, og et gardin kun med plastbaner har en meget lille isoleringsværdi men meget høje indstråling, skal der flere end et gardin for at opnå optimal udnyttelse gardinanlægget, hvis energibesparelseseffekten også har en høj prioritet. Helt generelt bør alle væksthusarealer være forsynet med et gardinanlæg, idet energiforbruget her typisk vil være mere end 25 % lavere og skyggevirkningen fra gardinerne i fratrukket tilstand er minimal. For at imødegå kravene om optimal planteproduktion og mulig energieffektivisering bør gardinsystemet fremover bestå at mindst to anlæg, det ene skal være et gardin

4 helt i aluminium og et skygge/isoleringsgardin helt i plast eller med en eller flere aluminiumsbaner, således skyggefaktoren er tilpasset den aktuelle planteproduktionen. Begge gardinanlæg bruges om natten som isoleringsskærm. Med to lag gardiner forbedres isoleringsværdien fra ca. 35 % for et gardin helt i aluminium og op til ca. 42 % med et skygge/isoleringsgardin som det andet gardin. Størrelsen af Isoleringsværdien eller energieffektiviseringen afhænger af den styringsstrategi der er valgt (hvor lang tid er gardinerne trukket for). Gardin nr. 2 der kan være helt i plast eller med en eller flere aluminiumsbaner, anvendes også som skyggeanlæg i dagtimerne. Det bør overvejes at vælge et gardin med en så lav skyggefaktor som mulig (gardin helt i plast) og så ved høje indstrålinger kombineres dette med anvendelse af det andet gardin til at give en gradueret skygge. Gardinstyring. Det har stor betydning for energibesparelsen hvilken gardinstyring der vælges, særlig indstillingen for hvornår gardinet trækkes fra og for. Helt generelt gælder jo længere tid gardinet er trukket for jo større energibesparelse. Eksempelvis er set på, hvilken virkning det har på lys niveau og antallet af timer, for et gardin der trækkes fra ved en indstråling på 25 W/m² (ca. 3 Klux) og 75 W/m² (ca. 10 Klux) samt for et gardin med en skyggefaktor på 50 % og et gardin helt i aluminium. Gardin 50 % skygge Gardin 50 % skygge Gardin helt i aluminium Gardin helt i aluminium. 25 W/m² (ca. 3,0 Klux) 75 W/m² (ca. 10,0 Klux) 25 W/m² (ca. 3,0 Klux) 75 W/m² (ca. 10,0 Klux) Lyssum. kwh/m² pr år Antal timer (for) h pr år Energireduktion i % Lys % af max. pr år 98,8 96, ,5 Maximal lyssum (DRY) under glas ca. 886 kwh/m² pr år Tabel 2 viser forskelle i total indstråling pr år og antal timer gardinet er på ved to forskellige indstillinger, samt indextal for indstråling og tilhørende energibesparelse. De opgivne besparelsesprocenter er relative tilpasset de to typer gardin. Tallene viser, at ændres indstillingen for hvornår gardinerne trækkes fra, fra 25 W/m² til 75 W/m² er gardinerne med 50 % skyggeeffekt for i ekstra 200 timer og lyset reduceres kun med ca. 2 %. For gardinerne helt i aluminium reduceres lyset kun med ca. 3 %.

5 Eksemplet viser, at der kan opnås en store ekstra besparelse ved at tilpasse gardinindstillingerne (ca.16 %). I lange mørke perioder og i de mørke vintermåneder skal indstillingerne tilpasset så der kommer lidt lys ind, eller der skal kompenseres med vækstlys. Beregning af besparelse. Mange har lavet matematiske modeller til beregning af væksthuses energiforbrug over året. Dette er ikke helt ukompliceret i kraft af de mange parametre, der indgår i beregningen. Et almindeligt væksthus, hvor dyrkningen foregår på bordsystemer eller på jorden, har ikke nogen stor varmekapacitet i forhold til det varmetab der er til omgivelserne. Udover udetemperaturen har også vind, regn, sol og sne en stor påvirkning på energiforbruget. Målinger har vist, at under danske forhold vil udetemperaturen være den mest betydende faktor. Måles over længere tid f.eks. 1 måned, viser målinger at regn, sol m.m. ophæver hinanden til en hvis grad. Først i 80 erne gennemførte SBI et større projekt med målinger af energiforbrug i væksthuse. Resultatet blev statistisk behandlet og konklusionen var, at udetemperaturen havde overvejede betydning når tidsperioden var en uge eller mere. Man fandt, at et væksthus energiforbrug kunne beskrives med en energilinie, der giver sammenhæng mellem udetemperatur, indetemperatur og aktuel energibehov. Energiliniens hældning blev betegnet P-værdien (w/m²* C) som væksthusets energiforbrugsfaktor. I forbindelse med gartnerisektorens aftaler med Energistyrelsen i perioden , blev P-værdimodellen udarbejdet. Modellen beskriver væksthuset geometi, klimaskærm, eventuel isolering og gardinanlæg. På Ecole Polytechnique Federale de Lausannes udviklede man i slutningen af 80 erne en matematisk model til at budgettere væksthuses energiforbrug. Denne model havde en lidt mere avanceret tilgang til klimaet, dog var regn og sne udelukket. Modellen hedder Horticern og giver gode data ved nøjagtig beskrivelse af væksthusenes geometri. De ovenfor beskrevne modeller giver ganske god overensstemmelse ved beregninger med ens forudsætninger. Beregning af besparelse ved montering af gardinanlæg stemmer også overens på årsbasis, dog ikke helt på månedsbasis. Effekten af et

6 gardinsystem er i begge modeller empiriske, og tager udgangspunkt i laboratoriemålinger. Erfaringsmæssigt synes begge modeller at regne til den konservative side for nogle gardintyper. Gardinproducenten L. Svennson har lavet en model til at beregne besparelsen med deres gardiner. Omstående tabeller viser en sammenligning: Nedenstående er i kwh/md*m² Tabel 3 (Skygge/isol.) Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Sum % L. Svensson uisol L. Svensson XLS LS besparelse P-værdi model uisol P-værdi model XLS Besparelse Horticern uisol Horticern XLS Besparelse Alle beregninger er foretaget med samme forudsætninger, Tude og 18 C inde i et 2x20x50 m væksthus. Tabel 4. (Mørkelæg. bl/bl) Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Sum % L. Svensson uisol L. Svensson XLS Obscura LS besparelse P-værdi model uisol P-værdi model XLS Obscura Besparelse Horticern uisol Horticern XLS Obscura Besparelse Alle beregninger er foretaget med samme forudsætninger, Tude og 18 C inde i et 2x20x50 m væksthus. Tabellerne viser en klar tendens, at L. Svensson s beregninger er noget bedre end de 2 andre modeller. Årsagen til de viste forskelle i energibesparelsen kan være praktiske hensyn som f.eks. udførelsen eller brugen, hvornår gardinet trækkes for fra, fugtstyringen.

7 Økonomi. Der er mange forhold der skal tages i regning før der kan gives en pris for et gardinanlæg. For at anskueliggøre investeringer, besparelser og tilbagebetalingstid, er der nedenfor opstillet et eksempel. Overslagsmæssig ligger priserne for et vandret monteret skygge/isoleringsanlæg på 80 og 120 kr. pr m² væksthusareal. Gardinanlæg helt i aluminium er de dyreste. En overslagsberegning for montering af et Skygge/isoleringsgardin i et væksthusareal på 5000 m². Et skygge/isoleringsgardin vandret monteret er sat 95 kr. pr m² væksthusareal. Investering for hele gardinanlægget bliver således kr. Med et energiforbrug 450 kwh pr m² pr år før installering af det nævnte gardin og med en besparelses på 23 % for det valgte gardin. Er energibesparelse beregnet til 104 kwh pr m² væksthusareal pr år. Med energipris på 250 kr. pr MWh bliver den simple tilbagebetalingstid for de 5000 m² på ca. 3 år.