Der Gartenbau als Energieproduzent?
Der Gewächshausbau befindet sich vor einer Wende. Völlig neue Konzepte entstehen, mit denen sich erheblich Energie einsparen lassen wird. Die Horti Fair zeigte in Amsterdam einige interessante Lösungsansätze.
Schattieren und gleichzeitig Geld verdienen – die Umsetzung dieser Idee zeigten zur Horti Fair gleich mehrere Gewächshaushersteller. Transparente Solarmodule stehen dabei im Mittelpunkt. Mit ihrer Hilfe kann Strom erzeugt werden. Bei Gakon (NL-Wateringen) ist es das PV Zell Modul in Leichtbauweise, welches speziell für den Einbau in Gewächshausdächern entwickelt wurde (Abmessungen 2105 x 785 x 4 mm). Es umfasst 40 multikristalline Solarzellen mit einer Oberfläche von 60 % und einen Zellenwirkungsgrad von bis zu 15,9 % (Nennleistung 140 W/m²). Gakon betont, dass sich mit diesen Solarmodulen in ariden Ländern Glasgewächshäuser erstmals wirtschaftlich einsetzen lassen. In unseren Breiten lohnt sich der Einsatz in Häusern mit lichtempfindlichen Kulturen wie Orchideen oder Anthurien (je nach Lichtbedarf jede zweite oder dritte Dachreihe) oder als komplette Eindeckung für Arbeitsräume, Lager und Verbinder.
Bei dem Gewächshaus-Spezialisten Bosch Inveka und seinem Schwesterunternehmen Wilk van der Sande (beide NL-Poeldijk) gab es ähnliche Systeme, die unter dem Begriff "San Solar" vorgestellt wurden. Im gleichen Marktsegment versucht auch das italienische Unternehmen Artigianfer (I-Santa Lucia Uzzanese/Pistoia) Fuß zu fassen. Angeboten werden Solarmodule für Venlogewächshauskonstruktionen und für Überdachungen aller Art. Artigianfer reagiert damit auf den wachsenden Bedarf an Solartechnik vor allem im südlichen Bereich Europas (bis einschließlich Gegenden Süddeutschlands). Aufgrund der stärkeren Sonneneinstrahlung lohnt sich der Einsatz hier besonders, selbst bei nicht optimal ausgerichteten Modulen.
Darüber hinaus beteiligt sich Gakon mit dem "ZonWindKas" (Sonne-Wind-Haus) am Gemeinschaftsprogramm "Gewächshaus als Energiequelle". Dies ist eine Kombination aus Sonnen- und Windenergie zum Betreiben eines Gewächshauses. Interessant ist die Konstruktion der Solarmodule, die gleichzeitig als Schattierung dienen. Sie befinden sich direkt unter der Dachhaut wie eine Jalousie in Lamellenform. Dadurch ist die Anpassung an die jeweiligen Lichtverhältnisse möglich. Aufgrund ihrer Flexibilität sind sie in der Lage, im geschlossenen wie auch im offenen Zustand Strom zu erzeugen. Ein kleines Windkraftwerk sichert die Energieversorgung ab. Als Energiespeicher dient darüber hinaus ein Warmwasserreservoir unter dem Gewächshaus. Damit werden vor allem Energiebedarfsspitzen in kalten Winternächten bedient.
Mehr Licht
Während auf der einen Seite der Lichteinfall ins Gewächshaus durch Solarmodule reduziert wird, um zusätzlich Energie zu gewinnen, versuchen andere Gewächshaushersteller den Lichtgewinn durch entsprechende Konstruktionen noch weiter zu erhöhen. Einer davon ist Boal (NL-'s-Gravenzande), der nun mit dem Dachsystem Lumenex 5.60 in der Lage ist, die Spannweite von Venlo-Gewächshäusern auf 5,60 m zu erhöhen. Das reduziert den Anteil der Rinnen im Vergleich zu einer 4,00 m- oder 4,80 m-Konstruktion und verbessert somit den Lichteinfall in die Gewächshausanlage. Außerdem lassen sich die Dächer trotz Scheibenlänge von bis zu 2,96 m in der üblichen Verarbeitungsmethode (Mainstream-Verglasungs-Methode) ausrüsten. Kernstück der Konstruktion ist eine Gitterstab-Klemme am Ende der Sprosse. Mit einer einfachen Schraube lässt sich die Sprosse fixieren und leitet die Kräfte sicher in den Binder ab. Das neue Dachsystem Lumenex 5.60 besitzt darüber hinaus auch energiesparende Eigenschaften, denn die Sprossen sind beidseitig mit Isolationen aus PVC ausgestattet. Das unterbricht den Wärmedurchgang nicht nur zur Gewächshauskonstruktion, sondern auch zur Scheibe. Außerdem führen die PVC-Profile zu einer optimalen Regenabdichtung und sorgen dafür, dass Dehnungsunterschiede besser ausgeglichen werden.
Auch der französische Gewächshausbauer Richel arbeitet an einer verbesserten Effizienz seiner Konstruktionen. Mit "OV 90" ist ein neues Rohrprofil für den Bau von Folienhäusern und Tunneln entwickelt worden. Im Gegensatz zu den üblichen runden Rohren ist es oval in der Form, statt 60 mm nun 90 mm hoch und soll dadurch über eine höhere Belastbarkeit verfügen. Mit den neuen Rohren lassen sich Folienhäuser mit einer gotischen Giebelform von 12,80 m Breite überspannen. Dadurch entsteht nach Ansicht von Richel eine größere Nutzfläche im Gewächshaus von 8 bis 10 %, eine bessere Klimatisierung und Luftzirkulation, mehr Licht und spart letztendlich Energie.
Energie sparen
Neue Konzepte und Ideen im Gewächshausbau zielen derzeit vor allem auf eine deutliche Verringerung des Energieeinsatzes. Energie ist nicht nur teuer und mindert den Gewinn – ihre Erzeugung sowie die Bereitstellung und der Transport entsprechender Energieträger belastet die Umwelt. Vielversprechend ist in dem Zusammenhang derzeit die Passivhaustechnik. Ein gut isoliertes Gewächshaus mit einem dicht schließenden (doppelten) Energieschirm (auch an den Stehwänden) ist dabei die Voraussetzung. Das Unternehmen Climeco Engineering BV (NL-Beuningen) hat sich mit dem Climeco Vent-Konzept bereits entsprechend weit vorgewagt. Das Konzept konzentriert sich vor allem auf die Regelung der Luftfeuchte, die in einem sehr dichten Haus als Hauptproblem anzusehen ist. Gelöst wurde dies durch eine kontrollierte Lüftung in Kombination mit einer Wärmerückgewinnung. Im Mittelpunkt steht ein Luft-Wärmetauscher, der Frischluft vorwärmt und sie im Gewächshaus verteilt. Die Energie dafür wird aus der Abluft des Hauses entnommen. Nur bei Bedarf wird zusätzlich geheizt. Da die kühlere Außenluft weniger feucht ist als die warme Gewächshausluft (kalte Luft kann weniger Wasser aufnehmen), sinkt die Luftfeuchte im Haus. Vorteil des Climeco Vent-Konzeptes ist es, dass Lüftung und (je nach Lichtangebot) auch der Klimaschirm für den notwendigen Luftaustausch wesentlich später oder gar nicht geöffnet werden muss. Das vermeidet Energieverluste und kann nach Angaben von Climeco Engineering zu einer Energieeinsparung von bis zu 40 % führen. Wesentliches Merkmal des Konzeptes ist auch der doppelte Energieschirm, der als unterste Lage ein lichtdurchlässiges Gewebe besitzt. Darüber befindet sich ein dichteres, lichthemmendes Gewebe. Durch die Steuerung beider Schirme lässt sich die Temperatur im Haus exakt regeln. Außerdem wird verhindert, dass die kalte Luft im Dachbereich beim Auffahren plötzlich in die Kulturen fällt, wie es beim konventionellen, einlagigen Klimaschirm passieren kann.
Im Rahmen der Projektinitiative "Kas als Energiebron" ist das Climeco Vent-Konzept nun mit dem "Flowdeck" in Zusammenarbeit mit den Gewächshausunternehmen Ammerlaan Construction und Maurice Kassenbouw (beide NL-Horst) erweitert worden. Damit nähern sich die Konstrukteure dem semi-geschlossenen Gewächshaus, welches ohne Lüftungsklappen arbeitet. Das Dach ist komplett geschlossen, das Haus wird ausschließlich über die Luft-Wärmetauscher be- und entlüftet. Darüber hinaus besitzt das Flowdeck eine Eindeckung aus Stegdoppelplatten, in denen Wasser zirkulieren kann. Je nach Sonneneinstrahlung lässt sich Wasser in das System einspeisen und wird entsprechend erwärmt. Die so gewonnene Energie wird über Wärmetauscher in unterirdischen Wasserbecken gespeichert. Im Winter soll die Wasserschicht zusätzlich wie eine Isolation wirken, im Sommer wie ein Energiekollektor, der die Hitze, bevor sie auf die Kulturpflanzen trifft, abführen und speichern kann. Angedacht ist sogar der Zusatz von Farbpigmenten im Wasserkreislauf, um im Sommer die Schattierung besser steuern zu können.
Darüber hinaus zeigte Ammerlaan/Maurice die Energiewand. Es ist ein in die Gewächshaus-Stehwand integriertes Lüftungssystem zur Einsparung von Energie und Kohlendioxid. Ähnlich wie beim Climeco Vent-Konzept sorgt der Energieschirm für die Einsparung an Energie und der integrierte Wärmetauscher für die Rückgewinnung der Wärme beim Lüften. Auch hier wird der Wärmeverlust des Hauses drastisch reduziert und quasi zur Entfeuchtung der Gewächshausluft genutzt.
Image verbessern
Energie einzusparen hat aber nicht nur primär wirtschaftliche Hintergründe, denn der niederländische Gartenbau besitzt mittlerweile ein Imageproblem. Es werde im Unterglasanbau in großem Stil Energie vergeudet, so heißt es in weiten Teilen der Bevölkerung. Sogar im eigenen Land, das zu einem großen Teil vom Gartenbau lebt, werden solche Stimmen laut. Deshalb wird auch mit Druck an einer Verbesserung des Images gearbeitet.
Beispiel einer solchen Kampagne ist die Vorstellung des Ultra-Clima-Hauses von Kubo (NL-Monster). In einem Prospekt von Kubo heißt es, dass moderne Gewächshäuser nicht länger mehr Energie verbrauchen, als unbedingt notwendig und dass sich durch eine Kombination von Maßnahmen der ökologische Fußabdruck eines Betriebes auf ein Minimum reduzieren lässt. Das beinhaltet den Einsatz einer Wärmepumpe, von Sonnenkollektoren, einer effektiven Umluftventilation und die Installation von Klimaschirmen. Der große Vorteil des Ultra-Clima-Hauses besteht darin, dass auch bei geschlossenem Energieschirm unter ungünstigen Klimabedingungen (z.B. bei sehr starker Sonneneinstrahlung in ariden Gegenden) kultiviert werden kann. Das Haus zählt zu den semi-geschlossenen Systemen. Es besitzt nur noch 10 % der sonst üblichen Lüftungsklappen, die nur noch dazu dienen, einen Rest an Feuchtigkeit und Wärme nach außen abzuführen. Das allein bringt durch den geringeren Konstruktionsanteil einen Lichtgewinn von rund 15 %. Das System arbeitet mit Überdruck (Luft von außen, evtl. gemischt mit Innenluft). Dadurch wird das Eindringen von Schadinsekten verringert, was wiederum den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln reduziert. Außerdem wird durch die innerbetrieblichen Kreisläufe erheblich Wasser eingespart. Durch seine besonderen Merkmale eignet sich der neue Gewächshaustyp vor allem für warme und trockene Klimazonen. Das erste Haus dieser Art wurde daher auch in Kalifornien errichtet. Es ist nach Aussage von Kubo das erste echte kommerzielle klimaneutrale Gewächshaus der Welt.
Aerodynamik beeinflusst Temperatur und Luftfeuchte
Der Folienhaus-Hersteller Filclair (F-Venelles) stellte zur Horti Fair Aerodynamik, Klimaregelung und Lichtangebot seiner Produkte in den Vordergrund. Mehrschiffige Anlagen werden als Ökosystem verstanden und mit zahlreichen technischen Lösungen im Bereich Lüftung, Heizung und Kühlung ausgestattet. Die Häuser mit ihrer für Filclair typischen Spitzbogenform beruhen auf einem gemeinsamen Grundkonzept, welches die Verwendung verschieden breiter Schiffe ermöglicht. Damit sind Lösungen von einigen hundert Quadratmetern bis zu mehreren Hektar realisierbar. Jede Filclair-Konstruktion entspricht den Stabilitätsvorschriften für Schnee und Wind in dem jeweiligen Anbaugebiet. Um die Werte einhalten zu können, wird der Binderabstand der Häuser den jeweiligen Bedingungen angepasst. Damit die Folienhäuser vor allem in sturmreichen Gegenden "besser im Wind stehen", wurde innerhalb der "Multiclair"-Serie das 9,60 m-Haus mit einer Rundbogenkappe versehen. Gegenüber der Spitzbogenversion mit einer Giebelhöhe von 1,93 m beträgt die Giebelhöhe beim "Multiclair Aero 9600" nur noch 1,30 m. Das verbessert die Aerodynamik einer Anlage und damit die Steuerung von Temperatur und Luftfeuchte im Haus. Mit einem vertikalen Stützelement verbindet Filclair die Einfachheit der Tunnelbauweise mit der Stabilität eines Großraumgewächshauses. Es besteht aus einem einbetonierten patentierten Teleskopfuß aus 2 mm starkem Rohr im Durchmesser 55 mm und einem Bogenpfeiler aus 1,5 mm starkem Rohr im Durchmesser 60 mm. Bogenpfeiler, Bögen und Streben bestehen aus runden verzinkten Stahlrohren und lassen sich einfach zusammenstecken. Der Zusammenbau erfolgt mit Verbindungskreuzen. Spezielle Profile nehmen durch Eindrücken der Aluminium-Clips die Folie auf. Das garantiert eine schnelle Eindeckung sowie bei Bedarf den leichten Austausch der Folie. Mit einer maximalen Stehwandhöhe von 4 m entsteht ein großzügiger Luftraum. Je nach Belastung lässt sich das Haus mit vier verschiedenen Unterzug-Konstruktionen ausstatten.
Im Mittelpunkt der Lüftungstechnik steht bei Filclair das "Amplitude"-System. Es ist als einfache oder doppelte Firstlüftung sowie als Lüftung auf Rinnenhöhe mit Lüftungsklappen von jeweils 1,60 m Breite verfügbar. Mit einer Öffnungsweite von etwa 60° gewährleistet die Lüftung im Verhältnis zur Länge des Lüftungsarms einen maximalen Luftdurchlass. Die Steuerung erfolgt durch eine Antriebswelle sowie Ritzel und Zahnstange.
Diffuses Licht verbessert Pflanzenwuchs
Nicht erst seit der Energieproblematik stehen im Gewächshausbereich die Themen Licht und Klima im Vordergrund. Versuche haben gezeigt, dass Pflanzen vor allem positiv auf diffuses Licht, also eine hohe Lichtstreuung, reagieren. Diffuses Licht dringt tiefer in das Pflanzengewebe ein und bewirkt einen stärkeren Wuchs sowie eine höhere Ernte. Die Glasindustrie macht inzwischen verstärkt auf den Faktor der diffusen Lichtstrahlung aufmerksam. Interessant ist in dem Zusammenhang die Sortimentsbreite der Glasscheiben, die im Rahmen der Horti Fair in diesem Jahr von Unternehmen wie Gro Glass aus Riga in Litauen und dem Glasproduzenten Vetrad & Glasimport Kwintsheul (NL-Wateringen) vorgestellt wurden. Gro Glass stellte vor allem die Beschichtung von Gläsern in den Vordergrund. Das Produkt "Gro Glass AR", ein 4 mm starkes Float Glas, verbessert dadurch den Durchgang für die wichtige PAR-Strahlung (photosynthetisch aktiver Strahlungsbereich) bei einem Einstrahlwinkel von 40 bis 70° um 8 %. Erreicht wird das durch eine beidseitige Beschichtung der Glasscheibe im Hochvakuum mit Titan-Dioxid und Silizium-Dioxid. Dadurch entsteht eine wetterfeste Schicht, die zur Lichtstreuung beiträgt. Das Unternehmen bietet die Scheibe inzwischen auch als Doppelverglasung an. Das mindert zwar den gesamten Lichtdurchgang, bringt aber eine Energieeinsparung von bis zu 35 %. Interessant ist das für Kulturen, die einen hohen Wärmebedarf, aber nicht so hohen Lichtbedarf besitzen wie Orchideen, Farne oder Anthurien.
Die Mikrostrukturierung von Gläsern und damit verbundene mattierte Oberfläche stammt ursprünglich aus der Solartechnik. Dabei wird Gussglas beidseitig mit einer nur wenige Mikrometer tiefen Struktur versehen. Es entsteht die typische mattierte Oberfläche und die verstärkte Durchlässigkeit für diffuses Licht. Dadurch werden die Pflanzen indirekt und somit gleichmäßiger bestrahlt und Schattenwurf vermindert. Versuche haben gezeigt, dass selbst Schäden durch Verbrennungen bei intensiver Sonneneinstrahlung dadurch gemindert werden können. Mit diesen Glasvarianten sind Transmissionen von rund 91 % möglich. Die mattierte Oberflächenstruktur führt hier zu einer breit gefächerten Lichtverteilung. Die Scheiben sind darüber hinaus thermisch gehärtet und dadurch besonders witterungs- sowie hagelbeständig.
Als jüngste und zukunftsweisende Innovation bei den Glasscheiben gilt aber die Vergütung mit einer Antireflexbeschichtung. Mit der Nano-Power-Antireflexbeschichtung werden die Transmissionseigenschaften deutlich erhöht und damit eine maximale Energieausbeute ermöglicht. Neben der Erhöhung der Transmission bei senkrechtem Lichteinfall ergibt sich besonders bei schräg einfallendem und diffusem Licht eine weitere Verbesserung. Die Nano-Power-Antireflexbeschichtung besitzt darüber hinaus hydrophile Oberflächeneigenschaften, die zu einem zusätzlichen Selbstreinigungseffekt führen. Es bilden sich auch keine Kondensationstropfen auf der Glasinnenseite, sondern ein gleichmäßiger Wasserfilm. Das erhöht die Durchlässigkeit für Licht. Die Beschichtung wird chemisch auf das Glas aufgebracht und dauerhaft fest eingebrannt. Unternehmen wie Centrosolar ist es mit diesem serienreifen Verfahren gelungen, die Kosten für die Innovation im Rahmen zu halten und die neuen Glassorten auch für den Gartenbau zugänglich zu machen. Mit den neuen Glassorten ist eine Transmission von 97 % möglich. Damit nähert sich das Glas dem theoretisch maximalen Wert. Wenn von der Faustregel ausgegangen wird, dass 1 % mehr Licht auch in der Pflanzenproduktion 1 % mehr bringt, dann ist ein Wert von rund 5 % nicht zu verachten. Das sollte immer bei der leider oft auch höheren Investition mit einbezogen werden.
Peter Springer
