ES2280817T3 - Metodo para la regulacion de la concentracion de co2 del aire dentro de un espacio cerrado en el que se cultivan plantas. - Google Patents

Abstract

Método para la regulación de una concentración de CO2 del aire en un espacio cerrado en el que se cultivan plantas, en el que el CO2 liberado en un proceso de combustión es almacenado y liberado posteriormente a efectos de conseguir la concentración deseada de CO2 dentro de dicho espacio, caracterizado porque el CO2 es almacenado sobre una sustancia sólida y la regulación de la concentración de CO2 está acoplada a un acumulador de calor que regula la temperatura dentro del espacio cerrado.

Description

Método para la regulación de la concentración de CO_{2} del aire dentro de un espacio cerrado en el que se cultivan plantas.

La presente invención se refiere a un método para la regulación del aire dentro de un recinto cerrado en el que se cultivan plantas. Un ejemplo de dicho método se da a conocer en el documento US-5 713 154 A.

El CO_{2} es un factor necesario para el crecimiento de las plantas porque en presencia de luz, absorbiendo CO_{2}, tiene lugar la fotosíntesis en las plantas, por lo que tiene lugar el crecimiento. Inversamente, en la oscuridad no tiene lugar fotosíntesis y las plantas absorben oxígeno y se libera CO_{2}. Al aumentar la demanda de plantas cultivadas y dado que el espacio disponible para las mismas es limitado en Holanda, la estimulación del crecimiento de plantas es de gran importancia en horticultura en invernaderos. El crecimiento de las plantas puede ser estimulado, por ejemplo, por asimilación de iluminación y por el incremento de la concentración de CO_{2} en un espacio en el que tiene lugar el crecimiento de las plantas. El incremento de la concentración de CO_{2} en particular es una importante característica en el crecimiento de las plantas. En la mayor parte de los casos el CO_{2} utilizado con este objetivo es producido por el calentador que lleva a cabo el calentamiento del invernadero durante los periodos del tiempo en el que se requiere aportación de calor al invernadero. No obstante, en muchos casos el CO_{2} es producido en el calentador durante periodos de tiempo en los que no existe necesidad de aportación de calor al invernadero. En estos casos es posible captar el calor producido en los llamados acumuladores de calor para su utilización posterior. No obstante, frecuentemente se tienen pérdidas de calor. Por otra parte hay periodos de tiempo durante los cuales existe la exigencia de aportación de calor al invernadero pero no hay demanda de CO_{2} o esta es más reducida, por ejemplo durante la noche o durante el invierno. El CO_{2} producido es emitido entonces de manera directa hacia el aire exterior en forma de gases quemados. Por lo tanto, no solamente se producen frecuentemente pérdidas de calor, sino que también se produce y se emite CO_{2} de manera innecesaria. Es evidente que teniendo en cuenta las normas cada vez más estrictas con respecto al consumo energético y a la emisión de CO_{2}, existe la necesidad de una utilización más eficaz del calor y CO_{2} producido en los invernaderos o de una reducción de los mismos.

De manera sorprendente se ha descubierto que la emisión de CO_{2} se puede reducir fuertemente y el calor se puede utilizar de manera más eficaz cuando la concentración de CO_{2} dentro del espacio cerrado en el que se cultivan las plantas es regulada con ayuda de una sustancia sólida que adsorbe CO_{2} y más tarde lo libera nuevamente y simultáneamente la regulación de una concentración de CO_{2} es acoplada a un acumulador de calor que regula la temperatura dentro del espacio cerrado.

Por lo tanto la presente invención se refiere a un método de regulación de la concentración de CO_{2} del aire en un recinto cerrado en el que se cultivan plantas, de manera que el CO_{2} liberado en un proceso de combustión es almacenado en una sustancia sólida y es liberado posteriormente para conseguir la concentración deseada de CO_{2} dentro de dicho recinto y de manera que la regulación de la concentración de CO_{2} es acoplada a un acumulador de calor que regula la temperatura dentro de dicho recinto cerrado.

Para completar la información se hace observar que en la publicación de Patente inglesa 2181364 A, se describe un método para regular el aire dentro de un espacio de almacenamiento de fruta. No obstante con este método se elimina CO_{2} del espacio de almacenamiento con ayuda de un adsorbente a efectos de conseguir una vida de almacenamiento más prolongada de la fruta.

Preferentemente el CO_{2} es liberado de la sustancia sólida cuando tiene lugar la fotosíntesis dentro del espacio cerrado. De manera general, esto tendrá lugar durante el día o por la noche cuando se utiliza iluminación sustitutiva.

Preferentemente el espacio cerrado es un invernadero utilizado por ejemplo en horticultura en espacios limitados mediante cristal.

El CO_{2} almacenado en la sustancia sólida puede ser producido por un dispositivo calentador de calefacción que calienta el espacio cerrado durante periodos cuando existe demanda de calor en este espacio o se puede originar de una fuente distinta. Como norma esto tendrá lugar durante la tarde o la noche. Esta fuente distinta puede ser, por ejemplo, un calentador de calefacción situado en un lugar distinto en los locales de la granja o una fuente de CO_{2} que pertenece a otra granja. En estos dos últimos casos será evidente que la sustancia sola tendrá que encontrarse presente en una unidad separada que puede ser transportada. En estos casos se almacena CO_{2} en la sustancia sólida fuera del espacio cerrado, por ejemplo guiando gases sobre una sustancia sólida, después de lo cual la unidad separada es llevada al interior de un espacio cuya concentración de CO_{2} tiene que ser regulada, la cual tiene lugar cuando la sustancia sólida libera el CO_{2} almacenado. Esto último se consigue preferentemente por el guiado de aire fresco sobre la sustancia sólida de manera que se libera CO_{2} o bien el CO_{2} almacenado es extraído de la sustancia sólida. En otras palabras, el CO_{2} producido durante periodos en los que existe demanda de calor dentro del espacio cerrado y cuando no tiene lugar la fotosíntesis, es almacenado sobre una sustancia sólida después de lo cual, en un determinado momento de tiempo y cuando la fotosíntesis tiene lugar nuevamente, el CO_{2} almacenado es liberado al aire del interior del espacio
cerrado.

Preferentemente el proceso de combustión que produce el CO_{2} es llevado a cabo dentro del espacio cerrado o en un espacio situado en las proximidades, por ejemplo, un espacio adyacente. Normalmente tiene lugar por medio de un calentador con calefacción que calienta el espacio durante periodos de tiempo en los que existe demanda de calor dentro de dicho espacio cerrado.

En una realización adecuada del método según la invención, tanto el calentador de calefacción como las sustancias sólidas se encuentran presentes en el espacio cerrado. En otra realización más apropiada, las sustancias sólidas se encuentran presentes en el espacio cerrado mientras que el calentador de calefacción se encuentra en el espacio situado en las proximidades, por ejemplo un espacio anexo. En este último caso se puede cultivar una cantidad mayor de plantas en el espacio cerrado. Será evidente que el CO_{2} producido es guiado con intermedio de un conducto u otra pieza de conexión del calentador de calentamiento a la sustancia sólida y/o al espacio cerrado. Normalmente ello comportará un lecho de sustancia sólida situado en una unidad fija o separada. En una realización adecuada del método según la invención, el calentador de calefacción y el lecho de la sustancia sólida están acoplados entre sí. De esta manera, los gases quemados del calentador de calefacción pueden ser guiados directamente sobre la sustancia sólida de manera que el CO_{2} se almacena en dicho lecho. En una realización adecuada del método según la invención, un lecho de sustancia sólida es acoplado a la red de distribución de CO_{2} dentro del espacio cerrado. Normalmente esta red de distribución de CO_{2} consiste en una estructura de tubos perforados dispuestos en las proximidades de las plantas, por ejemplo, por debajo de la planta y sobre el suelo.

Una ventaja adicional es que los gases quemados pueden ser también depurados por medio de la sustancia sólida, de manera que los componentes del gas, tales como por ejemplo eteno, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno, pueden ser separados del CO_{2}. Esto es importante en particular cuando el proceso de combustión es llevado a cabo por medio de motores de gas.

En el acumulador de calor, el calor generado es almacenado pudiendo ser utilizado posteriormente. Es decir, por ejemplo, el caso en el que el calentador de calefacción funciona para la producción de CO_{2} si bien en aquel momento no hay demanda de calor dentro del espacio controlado. El calor almacenado puede ser liberado del acumulador de calor posteriormente durante periodos en los que existe demanda de calor dentro del espacio cerrado. De esta manera se puede utilizar el acumulador de calor para impedir máximos o picos incidentales en el consumo de gas, lo que puede ser especialmente eficaz para la reducción de costes.

De acuerdo con la presente invención, la regulación de la concentración de CO_{2} está acoplada a un acumulador de calor que regula la temperatura dentro del espacio cerrado. Esta realización es particularmente eficiente. Durante el día, cuando el calor es generado para producir CO_{2}, pero cuando existe poca o ninguna demanda de calor, el acumulador de calor será calentado. Cuando el acumulador de calor es acoplado a un lecho de la sustancia sólida, dicha sustancia sólida se calentará simultáneamente de manera que disminuirá la capacidad de absorción de CO_{2} de la sustancia sólida, de manera que el CO_{2} puede ser liberado de manera relativamente fácil. Inversamente, durante la tarde o la noche el acumulador de calor liberará una parte de su calor y por lo tanto se enfriará. Si el lecho de sustancias sólidas es acoplado al acumulador de calor, la sustancia sólida se enfriará simultáneamente de manera que la capacidad de absorción de CO_{2} de la sustancia sólida aumentará y se almacenará CO_{2} en la sustancia sólida. Por lo tanto, en una realización adecuada del método de la presente invención un acumulador de calor y la sustancia sólida, por ejemplo en forma de un lecho, están acoplados entre sí.

Preferentemente en el espacio cerrado se encuentra un calentador de calefacción, un acumulador de calor y una sustancia sólida estando acoplados entre sí.

Al acoplar el acumulador de calor a la regulación de la concentración de CO_{2} se mejora la acción de la sustancia sólida y la dosificación del CO_{2} se puede desacoplar de la demanda de calor de manera atractiva. En relación con esto, se hace referencia a la figura 1, en la que se muestra claramente el efecto energético del acoplamiento de la regulación de la concentración del CO_{2} y del acumulador de calor, dado que la capacidad de absorción de CO_{2} y el efecto de temperatura se refuerzan mutuamente entre sí. El hecho es que el tampón o acumulador de calor se ha calentado durante el día cuando existe menos demanda de calor. Cuando la sustancia sólida es calentada simultáneamente, la capacidad de absorción de CO_{2} disminuirá de manera que el CO_{2} se libera de una manera relativamente fácil. No obstante, durante la noche el acumulador de calor liberará su calor al espacio cerrado y se enfriará. Cuando simultáneamente las sustancias sólidas se enfrían, entonces aumentará la capacidad de absorción de CO_{2}. Todo ello es particularmente importante porque existe la tendencia a incrementar el volumen de los acumuladores de calor debido a la creciente demanda de CO_{2} en los invernadero. El acoplamiento que se propone de la regulación de la concentración de CO_{2} al acumulador de calor hace superflua la necesidad de acumuladores de calor más grandes y hace más eficaz la regulación de CO_{2} y también la regulación del calor. Además, también se puede nivelar el modelo de consumo de energía.

Normalmente las dimensiones del lecho de sustancias sólidas serán menores que las dimensiones del acumulador de calor que en general es diseñado en forma de depósitos de almacenamiento. Para conseguir la sinergia más elevada posible como resultado del acoplamiento, de manera apropiada se puede utilizar un tampón combinado en el que el lecho con las sustancias sólidas queda dispuesto alrededor del acumulador de calor en forma de envolvente estanca a los gases. Preferentemente esta envolvente se encuentra en contacto directo con el acumulador de calor. En esta realización el lecho con la sustancia sólida quedará dispuesto como doble pared externa alrededor del depósito de almacenamiento de calor. Esta realización aumenta la eficacia del acumulador de calor por el efecto aislante que se consigue. Con los acumuladores de calor actualmente conocidos la sustancia sólida puede estar dispuesta alrededor del acumulador de calor en una tapa estanca a los gases.

En una realización especial la presente invención es utilizada dentro de un espacio cerrado que flota sobre una superficie de agua, por ejemplo en un invernadero flotante. En este caso la sustancia sólida y el CO_{2} almacenado sobre la misma se pueden utilizar como cuerpo flotante para el espacio cerrado.

Quedará evidente a los técnicos de la materia que el espacio en el que se cultivan las plantas queda cerrado en el sentido de que se mantiene un aire con una composición de temperatura específica. No obstante, esto requiere que el aire dentro del espacio cerrado sea ventilado de manera regular o continuamente, lo que se puede efectuar de cualquier manera conocida.

En el método según la invención la proporción de cantidad de aire ventilado y de la cantidad de aire que es guiado sobre las sustancias sólidas depende de las condiciones de las plantas, humedad relativa, temperatura, velocidad del aire, situación del espacio cerrado, etc. Normalmente un ordenador de control del clima determina en la medida en que se tienen que abrir las ventanas de ventilación. La sustancia sólida utilizada en el método según la invención es un adsorbente que puede adsorber y liberar CO_{2}. Se pueden seleccionar sustancias adecuadas en el grupo de carbones activados, ceolitas o carbonatos. Normalmente estas sustancias sólidas tienen una porosidad de 30-80% y un diámetro promedio de poros de 8-8000 nm. Preferentemente la sustancia sólida comprende un carbón activado y/o una zeolita, más preferentemente la sustancia sólida comprende un carbón activado. El lecho de sustancia sólida puede comprender dos o más sustancias sólidas adecuadas que almacenan y liberan CO_{2}. Normalmente el lecho de sustancias sólidas consistirá en una sustancia sólida específica. Las plantas cultivadas dentro del espacio cerrado cuya concentración de CO_{2} se debe regular pueden ser flores, plantas en macetas, verduras y fruta. En particular el método es especialmente adecuado para diferentes verduras, en particular pimientos y tomates.

Claims (12)

1. Método para la regulación de una concentración de CO_{2} del aire en un espacio cerrado en el que se cultivan plantas, en el que el CO_{2} liberado en un proceso de combustión es almacenado y liberado posteriormente a efectos de conseguir la concentración deseada de CO_{2} dentro de dicho espacio, caracterizado porque el CO_{2} es almacenado sobre una sustancia sólida y la regulación de la concentración de CO_{2} está acoplada a un acumulador de calor que regula la temperatura dentro del espacio cerrado.

2. Método, según la reivindicación 1, en el que el CO_{2} es liberado de la sustancia sólida cuando tiene lugar la fotosíntesis en el espacio cerrado.

3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el espacio cerrado es un invernadero.

4. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el CO_{2} es liberado o extraído de la sustancia sólida al hacer pasar aire fresco sobre dicha sustancia sólida.

5. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el proceso de combustión es llevado a cabo a efectos de calentar el aire dentro del espacio cerrado.

6. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el proceso de combustión es llevado a cabo con un calentador de calefacción, y la sustancia sólida se encuentra presente en el espacio cerrado y el calentador de calefacción se encuentra presente en el espacio cerrado o en un espacio anexo.

7. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el acumulador de calor y el lecho con las sustancias sólidas se encuentran en un espacio cerrado y el calentador de calefacción se encuentra en el espacio cerrado o en un espacio anexo y el tampón de calefacción, el lecho con la sustancia sólida y el calentador de calefacción están acoplados entre sí.

8. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la sustancia sólida tiene una porosidad de 30-80% y un diámetro promedio de poros de 8-8000 nm.

9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha sustancia sólida comprende carbón activado y/o una ceolita.

10. Método, según la reivindicación 9, en el que la sustancia sólida comprende un carbón activado.

11. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que un lecho con la sustancia sólida queda dispuesto alrededor del acumulador de calor en forma de una envolvente estanca a los gases.

12. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el espacio cerrado flota sobre una superficie de agua y la sustancia sólida y el CO_{2} almacenado en la misma son utilizados como cuerpo flotante para el espacio cerrado.