DE3632170A1

DE3632170A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewaechshausbetreibung

Info

Publication number: DE3632170A1
Application number: DE19863632170
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Fieback; Wolfgang Dr Ing Ahrens; Gunter Dipl Ing Schertz; Klaus Dr Ing Bathke; Reinhard Dipl Ing Hamann; Horst Passin; Guenter Recha
Original assignee: Bauakademie der DDR
Current assignee: Bauakademie der DDR
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1987-04-09
Also published as: NL8602486A; DK475686D0; DD241541B1; DD241541A1; DK475686A; JPS6291128A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Betreibung von Gewächshäusern verschiedenster Art und Bauausführung und dient insbesondere sowohl der Erschließung als auch Nutzung der im Firstbereich anfallenden Überschußwärme, welche vorrangig bei starker Sonneneinstrahlung entsteht.

Die Erfindung ist auch für bereits bestehende Gewächshäuser universell anwendbar und bietet im Hinblick auf eine wirtschaftliche Pflanzenproduktion effektive Betriebsbedingungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind eine Vielzahl von technischen Lösungen zur kosten- und energiesparenden Betreibung von Gewächshäusern bekannt, bei denen die sich im Firstbereich stauende Warmluft mittels Ventilatoren abgesaugt und über im Bodenbereich installierte Luftausblaskanäle wieder zugeführt wird. Derartige Lösungen mit Zwangsluftströmung im Umlauf, beispielsweise dokumentiert in der DE-PS 33 10 302, DE-OS 30 26 043 und DE-OS 30 32 047, enthalten u. a. auch Möglichkeiten zur Wärmespeicherung durch unterhalb der Gewächshausfläche befindliche und außerordentlich aufwendige Erd- oder Steinspeicher sowie Systeme zur Befeuchtung der Kulturen, die durch Auskühlung und das daraus resultierende Auskondensieren eines bestimmten Wasseranteils der Warmluft im Erdboden oder im Wurzelbereich der Kulturpflanzen erbracht wird.

Eine weitere Gestaltungsvariante ist in der FR-PS 15 44 819 beschrieben. Hierbei wird ein Ventilator in die Giebelwand des Gewächshauses mit dem Ziel integriert, eine Druckabsenkung im Gewächshaus zu realisieren, damit Außenluft durch einen Befeuchter nachströmen und die Kühlung des Gewächshauses bewirken kann.

Alle bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben im einzelnen teilweise oder vollständig und jeweils in mehr oder weniger ausgeprägter Form den Nachteil, daß eine optimale Wärme- und Feuchtigkeitsumverteilung zur Erzielung eines agrotechnisch maximalen Gewächshausbetriebes bei beliebigem Außenklima mit geringstmöglichem Primärenergieeinsatz, geräte- und regelungstechnischem Aufwand, Platzbedarf sowie Anordnungsproblemen nicht abgesichert werden kann.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewächshausbetreibung zu entwickeln, mit der ein kontinuierliches und vegetationsspezifisch günstiges Klima in den Tag- und Nachtstunden der Sommer- und Winterperiode mit minimalem Realisierungsaufwand und Primärenergiebedarf ermöglicht wird und die darüber hinaus für alle neu zu projektierenden und bereits bestehenden Gewächshausvarianten gleichermaßen vorteilhafte Einordnungsverhältnisse sowie einfach zu verwirklichende Bauausführungen gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszubilden, daß die im Firstbereich des Gewächshauses überschüssig anfallende Warmluftmenge einer in der Regel selbsttätigen und kontinuierlichen Behandlung unterworfen wird, welche den optimalen vegetationsspezifischen Erfordernissen angepaßte Lufttemperaturen und -feuchtigkeiten in der Nähe der Kulturbeete jederzeit absichert, welche unabhängig von den Umgebungsbedingungen sowohl hohe Wärmerückgewinnungsgrade als auch zeitliche und örtliche Wärmeumverteilung ermöglicht und welche außerdem einen intensiven Reinigungseffekt der Gewächshausluft bewirkt. Desweiteren ist die Vorrichtung so auszugestalten, daß unter Verwendung bekannter und praktisch bewährter technischer Mittel ein wartungsarmes und montagefreundliches Gesamtsystem, das innerhalb oder außerhalb des Gewächshauses installierbar ist, verwirklicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, indem die im Firstbereich des Gewächshauses anfallende Warmluft zunächst von verdüstem Mischwasser, dessen Aufbereitung in einem oder mehreren separaten Geräten innerhalb oder außerhalb des Gewächshauses erfolgt, angesaugt, darauffolgend mit dem Mischwasser in direkten Kontakt gebracht und einem intensiven Wärme- und Stoffaustausch unterworfen sowie abschließend entweder ins Freie oder mit oder ohne Außenluftbeimischung in den Bereich der Kulturbeetsektionen, vorzugsweise in den wurzelnahen Bereich der Kulturpflanzen, abgeführt wird. Relevant ist weiterhin, daß das verdüste Mischwasser nach dessen Kontakt mit der angesaugten Gewächshausluft entweder für Warmwasserbedarfszwecke, vorzugsweise zur teilweisen oder vollständigen Abdeckung des Gießwasserbedarfs, gespeichert oder zur Durchführung weiterer Wärme- und Stoffaustauschzyklen im Kreislauf geführt wird. Erfindungswesentlich ist ferner, daß das verdüste Mischwasser nach dessen Trennung von der Gewächshausluft einen oder mehrere Wärmespeicher, vorzugsweise Latentwärmespeicher, mit Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabevermögen umströmt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus im Firstbereich des Gewächshauses angeordneten Ansaugleitungen zur Luftabfuhr und aus im Bereich der Kulturbeetsektionen installierten Ausblaseleitungen zur Luftzufuhr, wobei die Ansaugleitungen mit einem Wasserstrahlapparat, vorzugsweise Wasserstrahlventilator, verbunden sind, der entweder mit dem Auffangbehälter und der Pumpe kombiniert ist und durch Schließen eines mit dem Trinkwasser-Leitungsnetz gekoppelten Einlaßventils ein geschlossenes Wasserumlaufsystem bildet oder der nur mit dem Auffangbehälter kombiniert ist und durch Absperren des Zwischenventils und Öffnen des Einlaßventils ein Wasserdurchlaufsystem bildet und wobei die Ausblaseleitungen in einem Luftvolumenabschnitt des Auffangbehälters, welcher sich oberhalb des maximal möglichen Pegelstandes des Mischwassers befindet, einmünden. Innerhalb des Auffangbehälters sind ein oder mehrere Wärmespeicher, vorzugsweise Latentwärmespeicher, angeordnet. Der Auffangbehälter weist eine Ventileinrichtung, vorzugsweise eine Schwimmerventileinrichtung, zur Zufuhr von Frischwasser, eine Überlaufvorrichtung mit Luftaustrittssperre und ein Auslaßorgan zur Ableitung von Schmutzwasser auf. Das Entleeren des Auffangbehälters erfolgt mittels Pumpe, mit der das Mischwasser im Kreislauf bewegt wird.

Durch den direkten Kontakt zwischen verdüstem Mischwasser und angesaugter Gewächshausluft wird entweder eine Kühlung oder eine Aufheizung der wieder ins Gewächshaus einzubringenden Luft erzwungen.

Einer adiabaten Befeuchtung der Luft bis zur Sättigungsgrenze folgt dann je nach Temperatur des Mischwassers eine Kühlung und Entfeuchtung bzw. Erwärmung und Befeuchtung entlang der Sättigungsgrenze. Das Verhältnis von verdüstem Wasser zu angesaugter Luft sowie die Mischwasseranfangstemperatur bestimmen hauptsächlich die erreichbaren Austrittstemperaturen des Wassers und der Luft. Je höher die sog. Wasser-Luft-Zahl ε ist, desto geringer wird der Unterschied in den Luftaustrittstemperaturen und desto geringer die erreichbare Temperaturdifferenz zwischen Wassereintritt und -austritt. Die bei Wasserstrahlapparaten technisch erreichbaren Wasser-Luft-Zahlen von ε ≦λτ 5 führen dazu, daß trotz großer Schwankungen in den Gewächshaus- Ansauglufttemperaturen und -feuchten nahezu davon unabhängig konstante Gewächshaus-Ausblaseluftparameter resultieren.

Ein Faktor, der sowohl pflanzenphysiologisch und energieökonomisch als auch apparate- und regelungstechnisch außerordentlich vorteilhaft ist. Insbesondere für das Nachschalten eines Latentwärmespeichers mit einer konstanten Schmelztemperatur und geringen Temperaturdifferenzen für den Verbraucher (Mischwasser) ist dies energetisch und technisch überaus zweckmäßig, da damit nahezu die gesamte Wärme abgenommen werden kann.

Durch Beeinflussung der Wasser-Luft Zahl ε, beispielsweise über eine drehzahlgeregelte Pumpe, lassen sich in technisch weiteren Grenzen Anpassungen an die unterschiedlichsten Lastverhältnisse realisieren, was die Prozeßregelung wesentlich vereinfacht.

Aufgrund des direkten Kontaktes zwischen Gewächshausluft und Mischwasser im Strahlrohr des Strahlapparates, welcher nur einen geringen Platzbedarf beansprucht, wird einerseits eine hohe Wärmeübertragungsleistung und andererseits ein intensiver Luftreinigungseffekt erreicht. Die Verwendung von Latentwärmespeichern ermöglicht ebenfalls hohe Wärmeübertragungsleistungen bei extrem geringer Wärmeübertragungsfläche. Das thermodynamisch günstige Zusammenwirken von Strahlapparat und Latentwärmespeicher realisiert somit in einfacher Weise eine optimale örtliche und zeitliche Umverteilung von Wärme und Feuchtigkeit im Gewächshaus.

Das Verfahren weist insgesamt auch deshalb eine energetisch vorteilhafte Bilanz auf, weil durch das Ausblasen der gesättigten Luft in den Bereich der Kulturbeetsektionen, vorzugsweise in den wurzelnahen Bereich der Pflanzen, die benötigten Gießwassermengen im erwärmten Zustand zur Verfügung stehen. Das Auskondensieren der gesättigten Ausblaseluft an den kälteren Pflanzenteilen bzw. der Erdoberfläche erbringt z. B. 20 kg Wasser bei ca. 1000 m³/h Luftdurchsatz.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung anhand eines detaillierten Beispiels näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Die Darstellung der Erfindung im Rahmen einer Gewächshaus-Gesamtansicht

Fig. 2: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Das in Fig. 1 skizzierte Gewächshaus 1, in dem mit Kulturpflanzen, vorzugsweise Elitepflanzen, versehene Kulturbeetsektionen 2 angelegt sind, ist zur Luftabfuhr LA im Firstbereich mit Ansaugleitungen 6 ausgestattet. Durch das unter Druck erfolgende Verdüsen von Mischwasser MW über eine Strahldüse 5, welche im Strahlrohr 4 eines in Fig. 2 dargestellten Wasserstrahlventilators 3 installiert ist, wird die in den Firstbereich aufsteigende und Überschußwärme enthaltene Gewächshausluft angesaugt. Innerhalb des Strahlrohres 4, das vertikal auf einem Auffangbehälter 7 befestigt ist, vollzieht sich infogle des direkten Kontaktes und der intensiven Vermischung zwischen der Gewächshausluft und dem verdüsten Mischwasser MW ein optimaler Wärme- und Stoffaustausch, woraus sehr hohe Wärmeübertragungsleistungen resultieren. Im Auffangbehälter 7 trennt sich aufgrund der Dichteunterschiede die behandelte bzw. gewaschene Gewächshausluft vom verdüsten Mischwasser MW und gelangt über die Ausblaseleitungen 16 und eine nicht dargestellte temperaturabhängige Klappenregelung entweder wieder ins Gewächshaus 1 oder ins Freie. Die Luftzufuhr LZ in den Bereich der Kulturbeetsektionen 2, vorzugsweise in den wurzelnahen Bereich der Kulturpflanzen, erfolgt erst nach dem Erreichen der pflanzenphysiologisch erträglichen Mindesttemperatur. Im letzteren Falle wird zum Druckausgleich die entsprechende Außenluftmenge z. B. über die Ansaugleitungen 6 und eine nicht dargestellte Klappenregelung mit angesaugt und gemischt. Der funktionsgerechte Betrieb des Wasserstrahlventilators 3 erfolgt z. B. in einfacher Weise mittels eines Zwei-Punkt- Regelorganes 10, welches beim Über- bzw. Unterschreiten der entsprechend projektierten luftseitigen Mindestsolltemperatur, signalisiert durch Temperaturfühler TF, ein Ein- bzw. Ausschalten des die Pumpe 8 betreibenden Motors 9 bewirkt.

Das in den Auffangbehälter 7 eintretende Mischwasser MW umströmt im weiteren darin befindliche Latentwärmespeicher 11, die je nach ihrer Arbeitstemperatur und der vorliegenden Wassertemperatur eine Wärmeaufnahme oder -abgabe ermöglichen.

Strömungsleitbleche 12 im Auffangbehälter 7 dienen der Verbesserung der Wärmeübertragungsverhältnisse. Das im Auffangbehälter 7 enthaltene Mischwasser MW wird durch die Pumpe 2 wieder abgesaugt und über die Verbindungsleitung 19 erneut der Strahldüse 5 zugeführt.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ein Verdüsen von Mischwasser MW ohne Pumpe 8 durchzuführen. Das zu verdüsende Mischwasser MW wird dazu über ein Einlaßventil 18, welches mit dem normalen Trinkwasser-Leitungsnetz gekoppelt ist, eingespeist.

Das Zwischenventil 17 wird vorher abgesperrt. Das erwärmte Mischwasser MW kann entweder über ein Auslaßorgan 14 oder über die Pumpe 8 für entsprechende Warmwasserbedarfszwecke, vorzugsweise zur Abdeckung des Bedarfes an Gießwasser GW im Gewächshaus 1 oder für anliegende gärtnerische Nebenanlagen, abgeführt werden.

Zum Ausgleich von Wasserverlusten durch Befeuchtungsvorgänge ist eine Zufuhrmöglichkeit für Frischwasser FW über eine Schwimmerventileinrichtung 15 vorgesehen.

Zur Ableitung von Überschußwasser ÜW durch Entfeuchtungsvorgänge ist eine Überlaufvorrichtung 13 mit Luftaustrittssperre angebracht.

Für Kulturpflanzen, die nur in gewissen Zeitintervallen eine Luftzufuhr LZ in feuchtigkeitsgesättigter Form benötigen, kann z. B. durch Intervallbetrieb mit einem nicht dargestellten Lüfter, der einerseits mit den Ausblaseleitungen 16 und andererseits mit einem Außenluftanschluß in Verbindung steht, eine zeitweise Luftzufuhr LZ mit nicht gesättigter Luft erfolgen. In diesem Falle ist der Wasserstrahlventilator 3 dann nicht im Betrieb. Dabei muß der Auffangbehälter 7 zur Freigabe der notwendigen Wärmeübertragungsflächen des Latentwärmespeichers 11 teilweise oder vollständig entleert werden.

Das aufgewärmte Mischwasser MW ist vorzugsweise als Gießwasser GW zu verwenden.

Das Entleeren wird zweckmäßigerweise mittels der Pumpe 8 durchgeführt.

Eine weitere Entleerung über ein Auslaßorgan 14 dient der Ableitung von Schmutzstoffen, welche vom Mischwasser MW aus der Gewächshausluft abgesondert werden.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 - Gewächshaus
2 - Kulturbeetsektionen
3 - Wasserstrahlventilator
4 - Strahlrohr
5 - Strahldüse
6 - Ansaugleitungen
7 - Auffangbehälter
8 - Pumpe
9 - Motor
10 - Zwei-Punkt-Regelorgan
11 - Latentwärmespeicher
12 - Strömungsleitbleche
13 - Überlaufvorrichtung
14 - Auslaßorgan
15 - Schwimmerventileinrichtung
16 - Ausblaseleitungen
17 - Zwischenventil
18 - Einlaßventil
19 - Verbindungsleitung
FW - Frischwasser
GW - Gießwasser
LA - Luftabfuhr
LZ - Luftzufuhr
MW - Mischwasser
TF - Temperaturfühler
ÜW - Überschußwasser
- Wasser-Luft-Zahl

Claims

1. Verfahren zur Gewächshausbetreibung, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gewächshaus (1), vorzugsweise im Firstbereich, befindliche Luft zunächst von unter Druck verdüstem Mischwasser (MW), dessen Aufbereitung in einem oder mehreren separaten Geräten innerhalb oder außerhalb des Gewächshauses (1) erfolgt, kontinuierlich oder intervallweise angesaugt, daraufhin mit diesem Mischwasser (MW) in direkten Kontakt gebracht und einem intensiven Wärme- und Stoffaustausch unterworfen sowie abschließend entweder ins Freie oder mit oder ohne Außenluftbeimischung in den Bereich der Kulturbeetsektionen (2), vorzugsweise in den wurzelnahen Bereich der Kulturpflanzen, abgeführt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Mischwasser (MW) nach dessen Trennung von der angesaugten Gewächshausluft einen oder mehrere Wärmespeicher, vorzugsweise Latentwärmespeicher (11), umströmt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, bestehend aus im Firstbereich des Gewächshauses (1) angeordneten Ansaugleitungen (6) zur Luftabfuhr (LA) und aus im Bereich der Kulturbeetsektionen (2) installierten Ausblaseleitungen (16) zur Luftzufuhr (LZ), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitungen (6) mit einem Wasserstrahlapparat, vorzugsweise Wasserstrahlventilator (3), verbunden sind, der entweder mit dem Auffangbehälter (7), in welchem ein oder mehrere Wärmespeicher, vorzugsweise Latentwärmespeicher (11), angeordnet sind, und der Pumpe (8) kombiniert ist und durch Schließen eines mit dem Trinkwasser-Leitungsnetz gekoppelten Einlaßventils (18) ein geschlossenes Wasserumlaufsystem bildet oder der nur mit dem Auffangbehälter (4) kombiniert ist und durch Absperren des Zwischenventils (17) und Öffnen des Einlaßventils (18) ein Wasserdurchlaufsystem bildet und wobei die Ausblaseleitungen (16) in einem Luftvolumenabschnitt des Auffangbehälters (7), welcher sich oberhalb des maximal möglichen Pegelstandes des Mischwassers (MW) befindet, einmünden.

4. Vorrichtung nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (7) eine Ventileinrichtung, vorzugsweise eine Schwimmerventileinrichtung (15), zur Zufuhr von Frischwasser (FW), eine Überlaufvorrichtung (13) mit Luftaustrittssperre und ein Auslaßorgan (14) zur Ableitung von Schmutzwasser (SW) aufweist.