Das Gewächshausklima beeinflusst die Pflanzenentwicklung in hohem Masse. Für eine erfolgreiche Produktion sollten die Klimafaktoren im Gleichgewicht zueinander stehen. Energieeffizienz und zu hohe Luftfeuchtigkeit stehen in Konflikt zueinander. Hier sind tragbare Lösungen gefragt.

Allzu oft sind Gärtner allein auf sich angewiesen, wenn es um Klimafragen in Gewächshäusern geht. Klimaingenieure befassen sich kaum mit dem Thema Gewächshausklima.Warum? Weil Kenntnisse über das Gewächshausklima auch ein Wissen über Pflanzenphysiologie erfordern.

Allgemeines Wissen

Damit der praktische Gewächshausbetreiber Nutzen aus diesem Artikel ziehen kann, verzichten wir auf streng wissenschaftliche Abhandlungen. Was der Leser aber kennen sollte, sind die physiologischen Vorgänge in der Pflanze.
Das «Gesetz vom Minimum» ist hier zu beachten:
Die Pflanze richtet sich nach demjenigen Lebensfaktor, der ihr im Verhältnis zum Bedarf am wenigsten zur Verfügung steht.
Ebenso ist das «Gesetz vom Minimum–Optimum–Maximum» wichtig:
Jede Pflanzenart hat ihre Anspruchskurve und toleriert gewisse Abweichungen. Grundsätzlich ist eine Höchstleistung nur dann möglich, wenn das Optimum annähernd erreicht wird (nicht zu wenig und nicht zu viel).

 Beispiele aus der Praxis:

  • Licht:
    Wenn das Licht fehlt, hat es keinen Sinn, zu viel Wärme zuzuführen Þ Heizung dem Licht anpassen.Je mehr Licht der Pflanze zur Verfügung steht, desto besser lassen sich die anderen Wachstumsfaktoren für die Assimilation nutzen. Aber mit zu viel Licht steigt die Temperatur (Sonnenschein) im Gewächshaus rapid, die Wärme muss durch die Lüftungen abgeführt werden, entweichende warme Luft nimmt viel Wasser mit, das Klima wird trockener.
  • Temperatur:
    Die Temperatur ist gut messbar und lässt sich gut regeln (Heizen oder Lüften). Bei warmen Aussentemperaturen und Sonnenschein wird die Solltemperatur (eingestellte Temperatur) überschritten, und die Wärme muss über die Lüftungen abgeführt werden. Wenn die Temperatur die programierte Solltemperatur unterschreitet setzt die Heizung ein.
  • Luftfeuchte:
    Bei zu niedriger Luftfeuchtigkeit schliessen Pflanzen ihre Stomata. Bei zu hoher Luftfeuchte wird die Verdunstung und dadurch auch die Nährstoff- und die CO2-Aufnahme gehemmt – das Wachstum (oder die Nettoassimilation) ist reduziert. Dies ist vor allem bei geschlossenen Lüftungen und schlechtem Wetter der Fall.Zusätzlich ist hier noch zu beachten, dass bei einer zu hohen Luftfeuchte (ab 75 % r. F.) Pilzkrankheiten wie beispielsweise Botrytis eine Ausbreitung finden, im Gegensatz dazu ist zu trockene Luft ein Paradies für Schädlinge (wie unter anderem Spinnmilben).

Querschnitt eines Blattes. Über die Stomata (Spaltöffnungen unten) geben die Blätter Wasserdampf ab
und nehmen CO2 auf. Die richtige Luftfeuchte im Gewächshaus hilft, die Spaltöffnungen zu regulieren.

  • CO2:
    Bei offenen Lüftungen ist genügend CO2 vorhanden, sodass die Pflanzen optimal assimilieren können.
    Bei geschlossenen Lüftungen und zu wenig CO2 kann zusätzlich mit CO2 begast werden.
    Für eine CO2-Begasung müssen alle anderen Faktoren im Optimum stehen.
    Ausnahme: Bei wenig Licht kann eine CO2-Steigerung ein gewisses Lichtmanko kompensieren.

Gesetz vom Minimum: In diesem Fall ist der beschränkende Faktor CO2

  • Düngung:
    Wenn die Klimafaktoren im Gleichgewicht sind, können die Düngung und Bewässerung angepasst
    und dementsprechend optimiert werden.

Temperatur

Für die Gewächshausproduktion ist die Temperatur der wichtigste Klimafaktor, da wohl der Hauptzweck darin besteht, die Temperatur im Gewächshaus unabhängig von der Aussentemperatur steuern zu können. Wie eingangs erwähnt, ist die Temperatur relativ einfach zu messen. Die einfache Messbarkeit der Temperatur heisst aber nicht, dass sie immer die genaue Temperatur wiedergibt.
Thermometer können nicht alle Strahlungseinflüsse berücksichtigen. Wenn wir hier von Lufttemperatur sprechen, dann ist die strahlungsfreie Lufttemperatur gemeint. Mit dem Wärmeverlauf steht auch die Luftfeuchte in engem Zusammenhang (siehe Kapitel Luftfeuchte).
Neben der Lufttemperatur ist die Blatttemperatur von höchster Bedeutung und wird meistens vernachlässigt.
Für den Gärtner ist wichtig zu wissen, dass die Blatttemperatur oft nicht mit der Lufttemperatur korrespondiert.
Die Blatttemperatur (Pflanzentemperatur) wird nicht nur durch die Lufttemperatur, sondern mehr noch durch die Strahlungswärme beeinflusst. Die Blatttemperatur ist für den Wärmehaushalt, für die Transpiration, den Nährstoff und den Stoffwechselvorgang in der Pflanze verantwortlich, sie beeinflusst die Assimilation (das Wachstum) wesentlich!
Im Sommer können durch die Sonneneinstrahlung starke Übertemperaturen in den Blättern gegenüber der Lufttemperatur auftreten. Im Winter können handkehrum bei ungünstigen Wärmeströmungen, die Temperaturen der Pflanzen unter die Lufttemperaturen liegen.
Bei kalten Aussentemperaturen liegen unter Doppeleindeckungen die Blatttemperaturen etwas höher und sind kleineren Schwankungen unterworfen als bei Einfacheindeckungen.

Es ergeben sich zwei Herausforderungen für die Klimaführung: Einmal müssen wir Wärme zuführen und einmal abführen. Dasselbe gilt für die Luftfeuchte.
Einerseits haben wir einen Wärmeeintrag durch die Sonneneinstrahlung, und anderseits müssen wir die Wärme mit Heizen dem Gewächshaus zuführen.

Heiztemperatur:

Durch dichte und isolierte (Doppeleindeckung, Energieschirm) Gewächshäuser verändert sich nicht nur das Klima, sondern es sind auch Anpassungen an die Heiztechnik erforderlich.
In den energieeffizienten Gewächshäusern herrscht wohl eine ausgeglichenere Wärmeverteilung. Diese wirkt sich andererseits durch den geringeren thermischen Auftrieb auch negativ auf die Luftfeuchte und die CO2-Versorgung aus.
Warmwasserheizungen haben generell eine geringere Konvektion (Wärmeströmung, Wärmeübertragung) als Warmluftheizungen. Die Wärme ist oft nicht bei den Pflanzen. Da helfen entweder Luftumwälzer (Ventilatoren) oder im Warmwassersystem eingebaute Luftheizer. Solche kombinierten Heizungen (Warmwasser-Warmluft) sind oft das ideale System. Aber auch Vegetationsheizungen helfen, dass die Wärme in den Pflanzenbestand gelangt (siehe Thema Luftfeuchte).

Herkömmliche WW-WL-Wärmetauscher als Ergänzung zur Warmwasser-Rohrheizung.

 

Der WW-WL-Wärmetauscher «Nivolair» ist die ideale Lösung für eine optimale Wärmeverteilung.

 

Über den Kulturen aufgehängte Heizrohrregister bringen die Wärme kaum in den
Pflanzenbestand und nehmen den Pflanzen Licht weg. Hier bräuchte es
ein Wärmemanagement mit Deckenventilatoren.

Aus Kostengründen werden heute oft auch direkt befeuerte Warmluftaggregate montiert. Anstatt, dass man eine Heizzentrale mit einer ganzen Heizverteilung hat, hängt man mehrere kleinere Warmluftgeneratoren auf. Diese müssen so aufgehängt werden, dass die warme Luft gut verteilt wird, doch dabei nicht direkt in den Pflanzenbestand geblasen wird.

Warmluftgeneratoren bringen die kleinsten Investitionskosten mit sich.
Bleiben aber eine Kompromisslösung.

Um die Energieeffizienz zu optimieren, sucht man Heizstrategien wie die Nachtabsenkung oder die
Diff -Methode mit einer Tagesmittel-Temperatur. Darauf möchten wir in diesem Artikel nicht eingehen, dazu gibt es genügend Literatur und Klimaprofile für Klimacomputer. Um Schäden an Kulturen zu vermeiden, muss bei einer Heiztemperaturabsenkung darauf geachtet werden, dass eine langsame (gleitende) Absenkung erfolgen kann!
Die Sonneneinstrahlung am Tag erwärmt schnell mal das Gewächshaus, so dass es die Heizung nicht mehr braucht und die vorige Wärme über die Lüftungen abgezogen wird.

Konfliktpunkt der zu hohen Luftfeuchtigkeit

Allgemeines über die relative Luftfeuchte

Die Luft enthält immer mehr oder weniger Wasser, das in Form von Wasserdampf aufgenommen wird. Je nach Temperatur kann die Umgebungsluft eine gewisse Menge (g/m³) Wasser aufnehmen. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte. Die maximale Wassermenge bei einer bestimmten Temperatur, die die Luft aufnehmen kann, nennt man Sättigungsmenge. Die Luft ist dann mit Wasserdampf gesättigt, wenn sie nicht fähig ist, mehr Wasser aufzunehmen. Man spricht dann von einer 100%igen relativen Luftfeuchte (r. F). Beispiel: eine r. F von 80 % bedeutet, dass die Luft 80 % der Sättigungsmenge an Wasser enthält.

Sättigungstabelle (r.F. 100% = Taupunkt):

 

 

 

 

 

 

 

 

Maximaler Wasserdampfgehalt der Luft (100% r. F.)
bei verschiedenen Temperaturen in Gramm pro m³ Luft

 

 

Bei + 20 °C kann die Luft also ca. 2.5 × mehr Wasser aufnehmen als bei 5 °C und bei 30 °C schon fast 4.5 × mehr.
Tabelle für eine optimale relative Luftfeuchte (~ = je nach Kultur) in Abhängigkeit von der Temperatur:
Tropische Pflanzen brauchen höhere, Steppenpflanzen und sukkulente Pflanzen tiefere Luftfeuchte.

Die optimale relative Luftfeuchte (r. F.) ist pflanzenspezifisch! In dieser Tabelle sind
durchschnittliche Werte für allgemeine Kulturen.
Allgemein gilt: je höher die Temperatur, desto höher darf die r. F. sein.

Wie entsteht zu hohe Luftfeuchte

Für die Praxis heisst es, wenn bei einem unbeheizten Gewächshaus mit einer Innentemperatur von 24 °C und einer relativen Feuchte von 65 % die Lüftungen geschlossen werden und man in Folge die Temperatur auf 18 °C absinken lässt, steigt die r. F. auf 92 %. Bei einer weiteren Absenkung um 1.5 °C ist der Taupunkt erreicht (mit einem zusätzlichen Wassereintrag aus Verdunstungen wird dieser schon früher erreicht).
Wenn der Taupunkt überschritten wird, wenn also die Temperatur noch weiter gesenkt wird, kann die Luft den Wasserdampf nicht mehr halten (mehr als 100 % geht nicht), ein Teil des Wasserdampfes kondensiert, und es kommt zu Nebel- oder Taubildung. Die Pflanzen können nass werden, die Folgen sind vermehrt auftretende Krankheiten.

Zu hohe Luftfeuchtigkeit tritt vor allem dann auf, wenn die Aussentemperatur nicht viel tiefer als die Temperatur im Gewächshaus ist und gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit aussen über 90 % ist. Dies ist der Fall bei schlechtem Wetter wie Regen, Nieselregen und Nebel. Ein normaler Luftaustausch nützt hier nichts mehr!

Beispiel: Lässt man die Tagestemperatur im Gewächshaus von 20 °C mit einer r. F. von 60 % in der Nacht unter 17 °C fallen, kommt man in die rote Zone von über 85 % relativer Luftfeuchte.

Eindeckung

Einfach eingedeckte Gewächshäuser können durch die geringe Isolation das Wasser besser aus der Luft herausfiltern, die Wärme geht durchs Material und das Wasser bleibt hängen (dieser Vorgang nennt sich Kondensation). Besonders beim einfach eingedeckten Folientunnel ist die Kondensation gut sichtbar, indem die Folie mit Kondenswasser behangen ist (es tropft).

 

Kondenswasser unter der Folie ist im Dachbereich unerwünscht:
– Tropfen = nasse Kulturen
– Lichtminderung = weniger Ertrag

 

 

 

 

 

 

Als Energiesparmassnahme und um das Tropfen zu vermeiden, wird doppelt eingedeckt, was wiederum die relative Luftfeuchte erhöht.

In den Übergangszeiten, wo nicht viel geheizt und gelüftet wird, ist das Problem von zu hoher Luftfeuchte besonders akut.

Beim einfach verglasten Gewächshaus ist die Kondensation weniger problematisch, weil das Kondenswasser an der Glasunterseite abfliessen kann und durch kleine Rinnen abgeführt wird. So entfällt weitgehend das Tropfen. Um jedoch den Energieverbrauch zu senken, wird entweder eine Doppeleindeckung gewählt, oder es werden Energieschirme eingesetzt, oft auch beides, was wiederum die Kondensierung verringert und so die Luftfeuchtigkeit erhöht.
Wie wir jetzt wissen, ändert sich das Klima im Gewächshaus durch den Einsatz einer Doppeleindeckung. Auch alle anderen Energiesparmassnahmen wie Isolierungen, Abdichtungen sowie auch eine Nachtabsenkung der Temperatur beeinflussen die Luftfeuchtigkeit (r. F.).
Diesen Sachverhalt muss der Gärtner bei der Klimaführung unter allen Umständen berücksichtigen, damit er gute Qualität, optimalen Ertrag und schliesslich auch einen Gewinn erzielen kann!
Grundsätzlich ist die relative Luftfeuchte in einfach verglasten und nicht allzu dichten Gewächshäusern besser in den Griff zu bekommen als unter dichten und gut isolierten Gewächshaushüllen.
In unbeheizten Tunneln oder Gewächshäusern ist es sinnvoll, nicht zu dichte und einfache Eindeckungen zu haben, die auch an warmen Tagen gut lüftbar sind.
Die meisten Kultivateure wissen, was ihre Pflanzen brauchen, die wenigsten können die Wachstumsfaktoren, ohne erhebliche Kompromisse einzugehen, optimieren! Dazu braucht es nicht nur Wissen und einen «grünen Daumen», sondern technische Einrichtungen und gute, vernetzte Steuerungen.

Beim unbeheizten, mit Einfachfolie eingedeckten Gewächshaus sind Giebelwände
mit Wellplatten eine Option, damit eine bessere Kondensation ermöglicht wird.
So wird die r. F. weniger in die Höhe getrieben.

 

Ein unbeheizter, einfach eingedeckter Folientunnel hat den Vorteil der tieferen
Luftfeuchte (r. F.), wie auf diesem Bild, nicht zu dichte Giebelwände.

 

Problemlösung bei zu hoher Luftfeuchte

 Vorbeugend

Mit sparsamem Umgang mit Wasser im Gewächshaus kann viel Energie, die bei der Verdunstung und anschliessender Entfeuchtung verloren geht, eingespart werden. Das heisst:

  • Pflanzenschutzmassnahmen wenn möglich ohne Wasser (Stäuben, Räuchern) oder mit wenig Wasser (Nebel) durchführen. Nach einer Applikation mit Wasser sollten die Pflanzen nach max. einer Stunde wieder abgetrocknet sein.
  • Das Bewässerungssystem beeinflusst die Verdunstung von zusätzlichem Wasser, nicht nur über die Pflanzen, sondern auch über den Boden oder die Stellflächen.
    Diese Verdunstung steht in Konkurrenz zur Pflanzenverdunstung und ist in geschlossenen Gewächshäusern unerwünscht, da das verdunstete Wasser weder der Klimatisierung in den Kulturen noch dem Nährstoff- oder Assimilatentransport in der Pflanze dient.
    Aus diesem Grund sollte ein Bewässerungssystem gewählt werden, das das Wasser in Tropfenform über den Boden der Pflanze zuführt. Um das Abtrocknen der Giessflächen zu ermöglichen, sollten die Giessvorgänge möglichst während der wärmsten Tageszeit und bei schönem Wetter erfolgen. Nur ein Sättigungsdefizit der Luft stellt die Abfuhr des Wasserdampfes aus dem Pflanzenbestand sicher.
  • Wenn möglich sollte offener Boden mit Folie abgedeckt werden. Sowohl Mulchfolien wie Stellflächen müssen wasserfrei bleiben.

Mit einer Tropfbewässerung bleibt die Bodenoberfläche relativ trocken und
mit Mulch wird die Wasserverdunstung zusätzlich stark reduziert.

 

Bei Bodenkulturen in grösseren Töpfen (hors-sol) ist eine Tropf-Bewässerung mit Microschläuchen
die Lösung. Der Boden ist mit Mulchfolie (Bändchengewebe) gegen zusätzliche Verdunstung
abzudecken, natürlich wird gleichzeitig auch das Unkrautwachstum unterdrückt.

 

Massnahmen zur Senkung der Luftfeuchte

Das Überschreiten des Taupunktes bei gleichzeitigen Blatttemperaturen, die tiefer als die der Luft liegen, bildet sich Wasser-Niederschlag an den Pflanzen. Dass nasse Blätter einen Nährboden für Krankheiten bilden, ist jedem Gärtner bekannt.

  • Luftumwälzung:
    Eine mögliche Massnahme, um den Wasserdampf im Pflanzenbestand zu entfernen und die Blätter vor Nässe zu schützen, ist eine Luftumwälzung. Am geeignetsten sind da Vertikalventilatoren, die die Luft von oben nach unten und umgekehrt umwälzen.
  • Heizung:
    Auch Vegetationsheizungen und Warmluftheizungen helfen, die feuchte Luft aus dem Pflanzenbestand zu entfernen und die Pflanzen trocken zu halten. Eine niedrig verlegte Rohrheizung im Pflanzenbereich (zwischen den Kulturreihen) ermöglicht einen senkrechten Wärmeaufstieg, der den Wasserdampf aus dem Pflanzenbestand mitnimmt. Bei Bodenheizungen ist aber höchste Vorsicht geboten, da höhere Bodentemperaturen eine höhere Wasserverdunstung über den Boden verursacht. In diesem Fall muss der Boden unbedingt mit Mulchfolie gedeckt werden. Grundsätzlich heisst es aber: je höher die Temperatur im Gewächshaus, desto tiefer die relative Luftfeuchte!

Vegetationsheizung: Niedertemperaturheizung und CO2 -Schläuche zwischen den Tomatenpflanzen.
Die Wärme ist unten im Pflanzenbestand, der thermische Auftrieb trocknet die Pflanzen und führt
Wärme und CO2 unter die Blätter.

  • Kondensation ermöglichen:
    Um die Kondensation zu erhöhen, ist das Öffnen der Energieschirme eine relativ einfache
    Massnahme, um eine bessere Kondensation zu ermöglichen. Der Einsatz von leicht luftdurchlässigen Tüchern ist eine weitere Massnahme. Beide Massnahmen benötigen mehr Heizenergie, können aber durchaus der richtige Kompromiss sein (je nach Kultur).

Eine mögliche Massnahme bei zu hoher Luftfeuchte ist, den Energieschirm auch
in der Nacht zu öffnen, um die Kondensation zu verbessern.

  • Konventioneller Luftwechsel:
    Zur Entfeuchtung durch den Luftaustausch mit Lüften ist der Öffnungsort wichtig, er sollte möglichst zuoberst am First sein, denn die warme, gesättigte Luft steigt zum Dach. Es ist im umgekehrten Fall dasselbe, wie wenn man die Badewanne leert: Dort ist der Stöpsel zuunterst – in einem Raum ist die warme, mit Wasserdampf gesättigte Luft zuoberst.
    Mit Unterstützung von Ventilatoren (Durchmischung der Luftschichten) hilft man, dieses Phänomen bei schlechten Lüftungen in den Griff zu bekommen.
    Ein stetiger Luftwechsel bei einer höheren Innentemperatur wäre die beste Massnahme, um die Feuchtigkeit in den Griff zu bekommen. Da aber Undichtigkeiten oder ständige Öffnung der Lüftung bei gleichzeitigem Heizen nichts zur Energieeffizienz beitragen, ist der gezielte Luftaustausch die einzig tragbare Möglichkeit.
    Um eine effiziente Entfeuchtung mit einem gezielten Luftaustausch zu gewährleisten, muss die Innentemperatur erstens höher als die Aussentemperatur sein und zweitens mindestens 16 °C betragen, damit genügend Wasserdampf durch die Lüftung abgeführt werden kann.
    Also müssen entweder periodisch über eine Schaltuhr oder über eine Feuchtigkeitssonde die Prozesse Heizen und Lüften mit einer Steuerung (oder einem Computer) so oft durchgeführt werden, bis die Soll-Feuchte erreicht ist. Dieses sogenannte Trockenheizen kostet aber auch Energie, aus diesem Grund kann dieser Prozess nicht immer optimal durchgeführt werden; auch hier muss man meistens mit einem Kompromiss leben.

Die (allerdings auf dem Markt nicht gängige) Firstlüftung ist in punkto Entfeuchtung das
effizienteste Prinzip, da auch mit kleiner Öffnung sämtliche feuchte Luft entweichen kann.

  • Luftwechsel mit Wärmerückgewinnung:
    Abhilfe können Luft-Luft-Wärmetauscher bringen: Die Wärme, die das Gewächshaus verlässt, wird zum Teil an die einströmende Luft übertragen. Diese Wärmetauscher werden mit Ventilatoren betrieben, sowohl die Gewächshausluft wie die Aussenluft werden durch das Gerät befördert. Hier strömen die beiden Luftmengen gegeneinander, durch dünne Wände getrennt, aneinander vorbei. Die Aussenluft nimmt dabei die von der Innenluft übertragene Wärme teilweise auf. Die so vorgewärmte Frischluft wird durch einen Warmwasser-Wärmetauscher wieder auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Vorteil dieses Verfahrens ist eine Klimatisierung mit einer guten Energiebilanz, und durch den Luftaustausch wird der Nachschub von natürlichem CO2 sichergestellt.
  • Entfeuchtungsgerät (Wärmepumpe):
    Entfeuchtungsgeneratoren haben eine Kühlmaschine, mit der ein Kühlregister gekühlt wird. Die warme feuchte Luft kondensiert am Kühlregister, das Kondenswasser wird abgeführt, die abgekühlte Luft wird am folgenden Wärmeregister, das die Wärmeenergie von der Kühlmaschine bezieht, wieder aufgewärmt. Dadurch sinkt die relative Feuchte stark ab. Die Luft wird mit einer Luftturbine (Ventilator) wieder im Gewächshaus verteilt.
    Das Verfahren braucht Strom, wird aber als Wärme wieder verwertet, ist also energieneutral. Die Kulturführung kann dank einem besseren Klima mit tieferen Temperaturen erfolgen, und somit tragen die Entfeuchtungswärmepumpen zu einer Energieeinsparung bei.

Schema eines Entfeuchtungsgenerators

 

Entfeuchtungsgenerator

Grundsätzlich verbraucht jede Massnahme zur Entfeuchtung Energie und kostet Geld:

  • Entfeuchtungsgeräte benötigen elektrische Energie, sind eine zusätzliche Investition, auch der CO2-Nachschub muss zusätzlich gewährleistet sein.
  • Weniger Isolation bedeutet unkontrollierte Energieverluste.
  • Der Luftaustausch durch Lüften heisst, die kalte Luft muss immer wieder aufgeheizt werden.
  • Ein Einsatz von Luftumwälzern hilft, die negativen Auswirkungen der Luftfeuchte wesentlich in den Griff zu bekommen, senkt aber die relative Luftfeuchte nicht. Luftumwälzer benötigen zusätzlich Strom.

Die gängigste Gewächshausentfeuchtung ist periodischer Luftaustausch mit gleichzeitig kontinuierlich laufenden Luftumwälzern (Ventilatoren).
Mit Präventionen, um die relative Luftfeuchte nicht unnötig zu erhöhen, sparen wir sowohl Kosten als auch Energie.