Kurze Zusammenfassung der Massnahmen zur Herabsetzung der Luft- und Blatttemperaturen
Die Massnahmen zur Herabsetzung der Lufttemperatur im Gewächshaus liegen hauptsächlich in der Lüftungstechnik. Je höher das Gewächshaus, desto höher der Auftrieb der warmen Luft und umso besser ist der Lüftungseffekt. Und je niedriger ein Gewächshaus ist, desto grösser müssen die Öffnungen sein. Ein guter Wärmeabzug ist nur dann gewährleistet, wenn sich die Firstlüftungsklappen über dem First öffnen. Eine Kombination von Lüften, Schattieren (Einstrahlung reduzieren) und Wasservernebelung ergeben die besten Resultate, um die Blatttemperatur zu senken (siehe Vergleichstabelle). Die Folge: bessere Photosynthese-Leistungen und schlussendlich höhere Erträge. Es gibt noch andere Techniken, um dieses Ziel zu erreichen, als hier beschrieben. Diese Prinzipien der Klimatisierung eines Gewächshauses im Sommer dienen dem Gärtner als Grundlage für ein erfolgreiches Produzieren in den heissen Tagen. Wichtig ist, dass die Investitionen immer im Verhältnis zum Ertrag stehen.

Das Gewächshausklima beeinflusst die Pflanzenqualität und schliesslich auch der Gewinn in hohem Masse. Ein unkontrollierter Anstieg der Gewächshaus- und Blatttemperaturen sind unbedingt zu vermeiden. Hier sind Lösungen für das Pflanzenwohl im Gewächshaus während den Sommermonaten.

Bei warmen Aussentemperaturen und Sonnenschein ist das Optimum an Licht damit auch Wärme schnell überschritten, und auch gute Lüftungen können plötzlich nicht mehr genügend Wärme abführen. Die Pflanzen¬verdunstung kommt an ihr Limit, die Blatttemperatur steigt zu hoch, so dass die Photosynthese wiederum abnimmt und schliesslich beim Überschreiten eines Maximums mit Folgeschäden gerechnet werden muss.

Temperatureinfluss auf die Photosyntheseleistung bei geringer und hoher Lichtintensität.

Je nach Pflanzen können zu hohe oder zu tiefe Temperaturen die Assimilationsleistung drastisch reduzieren. Bei Temperaturen über 40° C ist jedoch bei den meisten Pflanzen die Dissimilation (Veratmung) höher als die Assimilation!

Temperatureintrag durch die Sonne
Das Gewächshausklima bei schönem Wetter und vor allem im Sommer wird am Tag von der Sonneneinstrahlung beherrscht. Hier soll einfach und kurz der eigentliche Hauptgrund des Erwärmungseffektes im Gewächshaus erläutert werden, damit die Wichtigkeit der Lüftung aufgezeigt werden kann: Die Sonnenstrahlen (Wärmestrahlen) durchdringen die Gewächshaushülle, gelangen auf Boden, Pflanzen und Konstruktionsteile des Gewächshauses und werden dort absorbiert (aufgenommen). Diese Wärme wird an die Umgebungsluft durch Konvektion (Wärmeabstrahlung) abgegeben. Dass es im Gewächshaus trotzdem immer wärmer wird, liegt zum grössten Teil daran, dass die natürliche Konvektion behindert wird. Im Freiland wärmt die Sonne ebenfalls den Boden und die Umgebung auf, nur kann die Wärme hier durch die thermische Konvektion relativ ungehindert abgeführt werden (natürliche Konvektion). Warme Luft weist eine geringere Dichte auf und ist daher leichter als kalte Luft, somit steigt die warme Luft auf und transportiert Wärmeenergie nach oben (Kamineffekt). Ein Teil der Wärmestrahlung wird auch durch die Gewächshaushülle an der Abstrahlung gehindert, dieser Effekt ist aber sekundär und wird als Strahlenfalle bezeichnet. Die Überwärme wird marginal kleiner, wenn das Eindeckmaterial Strahlung im Infrarotbereich (Wärmestrahlung) durchlässig ist, da es beidseitig keine Sperre hat. Im geschlossenen Gewächshaus wird der Wind abgehalten und die Wärme kann nur gering durch die Gewächshauswandung abgeleitet werden.

Die eingestrahlte Wärme wird an die Umgebungsluft durch Konvektion abgegeben. Im Gewächshaus wird es immer wärmer, es liegt zum grössten Teil daran, dass die natürliche Konvektion behindert wird.

Klassische Lüftungen

Als Praktiker wissen wir, dass nur mit einem guten Luftaustausch die Lufttemperatur gesenkt werden kann.

Am wirtschaftlichsten ist der Luftaustausch mit Lüftungsklappen am First oder in den Stehwänden zu bewerkstelligen. Nur mit Öffnen der Lüftungsklappen ist jedoch die Gewächshaustemperatur nicht unter die Aussentemperatur zu bekommen.

Die Temperatursenkung im Gewächshaus steht mit der Menge Luft, die pro Stunde ausgewechselt wird, in einem direkten Zusammenhang. Grundsätzlich ist zu bemerken, dass frei funktionierende Lüftungen mit grossen Öffnungen mehr Luft austauschen können als kleine, und je höher das Gewächshaus ist, desto besser ist der Wärmeauftrieb (minimale Firstlüftung 17 %, optimal 25– 50 %).

Firstlüftungen im Vordergrund optimale Lüftung mit 50 % Lüftungskapazität.

Klassische Firstlüftung von Venlo-Gewächshäusern mit 18–24% Lüftungskapazität.

Hat nicht immer die optimale Lüftungswirkung, vor allem dann nicht, wenn der Wind quer über die Lüftung bläst oder bei Windstille.

In einem Cabrio-Haus (bei Windstille) kann eventuell eine höhere Temperatur herrschen als in einem identischen Haus mit einer richtig gestellten Doppelfirstlüftung. Bei Wind sind Cabrio-Häuser oft schlechter lüftbar als korrekt gestellte Lüftungsklappen. Bei Cabrio-Dächern sind meist beide durchgehenden Klappen auf gleicher Höhe offen, dies entspricht faktisch einer Windschutzwand; der Wind bläst oben durch und hat wenig Potenzial, die Wärme mitzunehmen. In einem mit Pflanzen belegten Gewächshaus mit einer dementsprechenden Wasserverdunstung, aber auch beim Kühlen mit einer Sprühanlage darf sich die feuchte Luft nicht zu viel aber auch nicht zu wenig mit der Aussenluft vermischen, damit eine optimale Kühlwirkung erzielt wird. Der Lüftungseffekt wird sehr stark von der Luftbewegung im Gewächshaus bestimmt. Bei einer schlechten Luftbewegung kann die Temperatur schnell einmal über 5 °C höher sein, als das bei einer gut funktionierenden Lüftung der Fall ist. In Windrichtung gesteuerte Doppel-Firstlüftungen sind da optimal. Mindestens einer der beiden Flügel muss über die Firsthöhe geöffnet sein, um die volle Wirkung zu entfalten. Wenn Gewächshäuser nicht breiter als 20 m sind, sind Seitenlüftungen (Stehwandlüftungen) sinnvoll. Zwei Seitenlüftungen mit einer Firstlüftung ermöglichen, wenn nicht breiter als 20 m (z. B. 2 Schiff à 9.60 m), eine optimale Lüftbarkeit. Bei Folientunneln sieht man oft nur 2 Seitenlüftungen, diese Lösung ist vielfach der tragbare Kompromiss, der aus Preisgründen gewählt wird. Bei Folientunneln mit Seitenlüftungen sind zusätzliche Giebelklappen an beiden Enden eine weitere zahlbare Optimierung, die sich lohnt. Ebenso sind zwei Stehwandlüftungen bei hohen Folienhäusern mit einer Stehwandhöhe > 3.00 m und einer Höchstbreite von 20–25 m, meist genügend. Auch das Bodengefälle bei Tunneln und Gewächshäusern spielt bei der Klimatisierung eine entscheidende Rolle. Je kleiner das Gefälle, desto ausgeglichener ist das Klima im Gewächshaus.

Mit einer Firstlüftung und beidseitigen Seitenlüftungen wird das Klima weitgehend wie im Freiland.

Bei einem Folientunnel unter 60 m Länge ist mit vorne und hinten je einer Giebelklappe (plus zwei Seitenlüftungen) eine Alternative zu einer Firstlüftung sein.

Eine Stehwand mit Lüftung und eine ohne Lüftung plus Firstlüftungen ergibt ein sehr schlechtes Klima.die Luftgeht von der einen Seitenlüftung direkt zu den nahestehnen Firstlüftungen, somit haben wir auf der einen Seite ein anderes ungleichmässiges Klima.

Eine Rinnenlüftung entlüftet nicht zu oberst somit wir die warme Luft schlecht und einseitig abgeführt,was zu einem einseitigen und schlechten Wärmeabzug führt.

Die kleinen zusätzlichen Lüftungsklappen am Ende der Firste ermöglichen einen guten Abzug der warmen Luft im Giebelwandbereich. Für den Mehrpreis dieser Option lohnt es sich.

Die Wärme kann bei geschlossenem Energieschirm (unter der Schattierung) mit zusätzlichen Seiten- und Giebellüftungen besser entweichen.

Unterdrucklüftungen (Zwangslüftung)

Hierbei handelt es sich um Ventilatoren mit relativ grossem Durchmesser, die Luft aus dem Gewächshaus heraussaugen. Dabei entsteht im Gewächshaus ein Unterdruck, auf der gegenüberliegenden Wand werden Drehflügel-Jalousien oder nach innen klappende Lüftungsklappen montiert, die sich durch den Unterdruck öffnen.
Man rechnet in etwa mit einer Fördermenge von 20–50 × das Luftvolumen pro Stunde. Besser ist es, mehrere kleinere als einen grossen Ventilator zu betreiben. Ein Gewächshaus mit 1’000 m³ braucht zwei Ventilatoren von ca. 20’000–25’000 m³/h. Auch die Lufteinlassklappen sollten, um einen regulären Luftstrom zu gewährleisten, gut verteilt sein. Damit keine Falschluft angesaugt wird, dürfen keine anderen Öffnungen (Türen, Lüftungsklappen usw.) als die dafür vorgesehenen Jalousien offen sein.
Bei der Zwangslüftung entsteht auf dem Weg durchs Gewächshaus eine Erwärmung der eintretenden Luft, was zu einem ungleichen Temperaturverlauf führt. Darum sollte der Abstand zwischen Ventilatoren und Ansaugöffnungen möglichst kurz sein (max. 20 m). Sollte der Luftweg mehr als 20 m betragen, müssen Ventilatoren in der Gegenrichtung eingebaut werden (um einen horizontalen Temperaturausgleich zu erhalten). Anderseits muss bei kalten Aussentemperaturen die Eintrittsluft vorgeheizt werden.
Angesichts dieser Nachteile, aber auch hinsichtlich der höheren Betriebskosten (Stromverbrauch) und dem Lärmpegel wird dieses Lüftungssystem nur noch dort eingebaut, wo gleichzeitig mit Kühlmatten eine Herabkühlung der Gewächshaustemperatur unterhalb der Aussenlufttemperatur angestrebt wird.

Hier saugt ein Ventilator ca. 20’000 m³/h Luft aus dem Gewächshaus und erzeugt einen Unterdruck, der die…

… auf der gegenüberliegenden Wand montierte Lufteintrittsklappe öffnet. Sobald der Unterdruck wegfällt, schliesst sich die Klappe (dank Gegengewicht).

Kühlung durch Wasserverdunstung

Nur durch den Entzug von Verdunstungsenergie (Wärme) aus der Luft kann die Lufttemperatur im Gewächshaus unter die der Aussenluft herabgesetzt werden.
– Die effektivste Verdunstungskühlung wird mit dem oben erwähnten Zwangslüftungssystem und dem Einbau von Kühlmatten auf der Lufteintrittsseite erreicht. Die meist aus Cellulosen aufgebauten wabenähnlichen Matten haben eine grosse Oberfläche, die viel Wasser aufnehmen kann. Wenn die Luft durch diese wasserdurchdrängten Matten strömt, nimmt sie Wasser auf und verdunstet auf dem Weg durch das Gewächshaus dieses wieder und entzieht so Wärmeenergie aus der Luft. Mit einer richtig installierten und gut berechneten Mattenkühlung resultieren die besten Kühlergebnisse in einem Gewächshaus. Je nach Luftfeuchte und Temperatur kann gut und gerne eine um 10 °C kühlere Luft hinter der Matte herrschen.
Wie bei der Zwangslüftung ohne Kühlmatten wird auf dem Weg zum Ventilator die Luft immer wärmer und trockener, deshalb darf dieser Weg nicht länger als 20–25 m sein. Tipps für ein ausgeglichenes Klima im Gewächshaus:
– Damit die Luft genügend befeuchtet wird, sollte die Windgeschwindigkeit durch die Kühlmatten nicht mehr als 1.5 m/s betragen.
– Die Kühlmatten-Fläche möglichst gross berechnen.
– Besser mehrere kleinere Ventilatoren, verteilt auf der gegenüberliegenden Wand, als nur ein grosser (Unterdruck mind. 4 mm WS).
– Distanz von den Kühlmatten zu den Ventilatoren möglichst kurz halten.
– Gegenventilatoren im Gewächshaus installieren (Luftumwälzung).

Schematische Darstellung eines Unterdruck-Lüftungssystems mit Kühlmatten. Die abgekühlte Luft wird auf dem Weg zum Ventilator immer wärmer, deshalb darf dieser Weg nicht zu lang sein.

Eine häufigere Anwendung für Verdunstungskühlung ist die Zerstäubung von Wasser mit feinen Düsen im Gewächshaus. Die Wasserzerstäubung ist aber der Mattenkühlung punkto Kühleffekt unterlegen.

Für den Gärtner gibt es zwei Möglichkeiten, Wasser direkt zu zerstäuben:

  1. Die häufigste Methode sind Niederdruck-Nebeldüsen (ca. 4–6 bar). Diese Düsen bestehen meist aus mehreren (4–5) Teildüsen, die das Wasser waagrecht in die Luft versprühen. Das Wasser wird mit mehr oder weniger grossen (Ø 65 µm = 0,065 mm) Wassertropfen an die Luft abgegeben und bildet einen Nieselregen. Dieses Wasser wird teilweise von der Luft aufgenommen und teilweise über die Blätter und den Boden fein verteilt und wieder verdunstet.
  2. Etwas aufwendiger wird es mit einer Hochdruck-Nebelanlage (> 10 bar). Hier wird mit einer Druckerhöhungspumpe der nötige Druck (10–70 bar) erzeugt und durch feine Düsen gepresst. Bei solchen Düsen sind die Tropfen so klein (1–30 µm), dass man von Nebel spricht. Je höher der Druck, desto feiner der Nebel. Die Nebelqualität spielt eine entscheidende Rolle, um die Lufttemperatur zu senken.

Als häufigste Methode sind Niederdruck-Nebeldüsen im Einsatz, hier im Bild: Coolnet von Netafim.

Mit Hochdruck Wasser vernebeln, heisst befeuchten und kühlen, ohne dass die Pflanzen nass werden.

Um nasse Blätter und Vernässungen zu vermeiden, ist ein dauerndes Sprühen nicht möglich.

Die Vor- und Nachteile der beiden Methoden:

  • Bei der Niederdruck-Methode ist nur eine sehr kurze Sprühzeit (3–5 s) möglich und bei einem Intervall von 1–5 min. Hier hat man Schwankungen in der Temperaturkurve. Die Blätter werden meist auch leicht benetzt.
  • Je besser die Nebelqualität (je weniger grosse Tropfen), desto länger können die Sprühzeiten und desto kürzer die Intervalle gewählt werden. Ebenso werden Blätter weniger oder gar nicht benetzt.

Viele Versuche haben gezeigt, dass durch die Vernebelung von Wasser die Lufttemperatur nur beschränkt unter die Aussentemperatur gesenkt werden kann. Jedoch können die Blatttemperaturen mit beiden Methoden spürbar gesenkt werden. Um eine optimale Senkung der Blatttemperatur zu ermöglichen, braucht es Luftbewegung. Jeder weiss, wie kalt es sich anfühlt, wenn man bei warmem Wetter aus dem Wasser steigt und nass im leichten Wind steht.

Sind die Lüftungen voll offen, wird während der Sprühzeit Wasser optimal verdunstet, es strömt jedoch während der Intervalle so viel heisse und trockene Luft ins Gewächshaus, dass die Temperatur sehr schnell wieder ansteigt, aber ohne trockene Luftzufuhr ist keine Verdunstung möglich. Um eine möglichst optimale Verdunstungskühlung ausnutzen zu können, muss mit Mass trockene Luft zugeführt werden. Die Lüftungen dienen während des Prozesses als Luftzufuhr-Regler. Hier ist eine Balance zwischen Lufteintritt und Verdunstung zu finden.

Die ideale Ventilation für Sprüh-nebel ist der «Nivolator V9». Jedoch können je nach Installationen alle Luftumwälzer verwendet werden.

Schattierung

Für eine Senkung der Lufttemperatur im Gewächshaus hat die Schattierung nur eine beschränkte Bedeutung (höchstens 1–2 °C). Bei idealer Schattierung kann bestenfalls die Gewächshaustemperatur auf dem Niveau der Aussentemperatur gehalten werden. Bei einer Schattierung, die den Luftwechsel behindert, ist die Lufttemperatur im Gewächshaus höher als beim gleichen Haus ohne Schattierung. Was sich jedoch verändert, sind die Blatttemperaturen.

Die Blatttemperatur liegt beim unschattierten Haus, unabhängig von der Lüftungskapazität und Klimamassnahmen bei hoher Einstrahlung, konstant zwischen 10–12 °C über der Lufttemperatur. Also ist die Strahlungsintensität massgebend für die Blatttemperatur. Bei einer Aussenschattierung wird die Wärme ausserhalb des Gewächshauses absorbiert und gleich abgeführt; bei einer Innenschattierung hat man die Wärme im Gewächshaus, und diese muss wieder abgeführt werden.

Dauerschattierung wie Schattierfarben sind im Sommer in Bezug auf die Lufttemperatur kein Problem, sie wirken sich jedoch auf die Lichtminderung in den trüben Tagen aus.

Jegliche Schattierungen, die die Luftzirkulation behindern, erhöhen die Lufttemperatur mehr oder weniger.

Darum ist die Auswahl der Schattierungsanlage und des Materials massgebend:

  • Die Schattiertücher sollten möglichst weit über den Pflanzen liegen, um eine Wärmeabstrahlung zu den Pflanzen zu vermeiden.
  • Der Lüftungsspalt der Schattierungsanlage, zusammen mit der Luftdurchlässigkeit der Tücher sollten insgesamt die gleiche Luftkapazität aufweisen wie die der Firstlüftungen.
  • Helles, lichtreflektierendes Material verwenden.

Die Herabsetzung der Pflanzentemperatur wird durch drei Faktoren beeinflusst:

  1. durch verminderte Einstrahlung (IR-Strahlen)
  2. durch Verdunstungskühlung im Pflanzenbestand (Blätter)
  3. durch Herabsetzung der Lufttemperatur
  4. durch die Luftbewegung im Pflanzenbestand

Feste Aussenschattierung: Hier wird die Wärmestrahlung, wie auch bei Schattierfarben, vor der Einstrahlung ins Gewächshaus abgeblockt.

Energieschirm mit guten Lüftungsschlitzen und hellen, reflektierenden Tüchern.

Zu kleine Lüftungschlitze, die Lüftungskapazität wird hier zu wenig ausgenutzt.

Vergleiche der verschiedenen Temperaturabsenkungen in einem einschiffigen Gewächshaus

bei einer Aussentemperatur von 29°C

 

Gewächshaus Lufttemperatur Blatttemperatur ohne

Besprühung

Blatttemperatur mit

Besprühung

Unschattiert

Firstlüftungen

31 °C 40–45 °C 30 –32 °C
Unschattiert

First- und Seitenlüftungen

29 °C 37–42 °C 30–32 °C**
Aussenschattierung Firstlüftungen 30 °C 34–37 °C 28–32 °C
Innenschattierung

Firstlüftungen

31 °C 36–40 °C 28–32 °C
Unschattiert,  Kühlmatten

Unterdrucklüftung

25 °C 35–40 °C X
Schattiert,  Kühlmatten *

Unterdrucklüftung

23–25 °C 26–28 °C X

 

* Erfahrungswert          ** nur bei richtiger Luftdosierung

Aussenschattieranlage zur Absenkung der Blatttemperatur.

Spezial-Silbernetz zur Wärmereduktion im einfachen Folientunnel.