Bei bestehenden Gewächshäusern findet man genügend Massnahmen, die zu wirtschaftlichen Energieeinsparungen führen. Bei Neubauten ist es eine Pflicht das Mögliche und wirtschaftlich Verkraftbare, zur Energieeffizienz zu tun. Wo liegen in Ihrer Gärtnerei die Energieeinsparmöglichkeiten? Hier finden Sie Antworten.
Die Optimierung der Energieeffizienz bildet parallel zur Umstellung auf fossilfreie Energien das zweite Bein zur Energiewende. Beim effizienten Einsatz der Energie profitieren nicht nur die Umwelt und die Versorgungssicherheit, sondern vor allem die eigene Betriebskasse und letztendlich auch der Kunde. Die Möglichkeiten punkto Energieeinsparung sind von Betrieb zu Betrieb verschieden. Je schlechter eine Gewächshausanlage energietechnisch betrieben wird, desto besser lohnen sich zusätzliche Massnahmen um den Energiebedarf zu senken. Den Luxus, Gewächshausanlagen nicht optimal zu nutzen, muss man sich bei den aktuellen Kosten jedoch erst mal leisten können. Als erstes müssen unnötige Wärmeverluste vermieden werden. Der grösste Wärmeverlust bei Gewächshäusern fliesst über die Dachhaut weg, dort finden sich die grössten Möglichkeiten für Wärmedämm-Massnahmen. Bei der Dachhaut besteht aber auch ein Konflikt mit dem Licht, das die Pflanzen unbedingt brauchen. Hier gilt es das richtige Gleichgewicht zu finden.
Das ökonomische Prinzip hat für die Energieeffizienz höchste Priorität. Will ein Betrieb noch schwarze Zahlen schreiben, erfordert es, die knappen Ressourcen effizient einzusetzen.
Drei mögliche Prinzipien gehören zum wirtschaftlichen Handeln:
- Das Minimalprinzip = mit der bestehenden Infrastruktur den Energieaufwand zu minimieren.
- Das Maximalprinzip = mit dem bisherigen Energieaufwand maximalen Ertrag herauszuholen.
- Das Optimumprinzip = den Energieaufwand und den Ertrag so zu optimieren, dass die Energiekosten (Aufwand) gesenkt werden und der Erlös gesteigert (zumindest nicht reduziert) wird.
1. Minimalprinzip = Heizkosten und Energie sparen mit wenig Aufwand
Regel- und Klimastrategie:
Sorgt man für eine optimale Klimaführung, kann das zu einer bedeutenden Energieeinsparung führen. Laut dem Leitfaden «Energieoptimierung von Gärtnereibetrieben» (Jardin Suisse) bewirkt, innerhalb des Temperaturbereiches von 12 bis 22 °C, eine Temperaturerhöhung im Gewächshaus um 1 °C eine Erhöhung des Energieverbrauches um 7% – ohne einen zusätzlichen Nutzen! Eine intelligente Regelstrategie, wie beispielsweise das Weihenstephaner-Modell, bei dem die späte Sonneneinstrahlung zu einem Wärmepolster für die Abendstunden geschaffen wird, ermöglicht ein späteres Zuschalten der Heizung. Zusätzlich wird ein optimales Cool-Morning-Verfahren ermöglicht (https://forschung.hswt.de › Weihenstephaner Modell).
Mit der Steuerung des Energieschirms kann auch etwas erreicht werden. Je nach Aussentemperatur kann dieser möglicherweise früher geschlossen und später geöffnet werden als üblich. Hier gilt es, ein Gleichgewicht zwischen Lichtbedarf und Energieverbrauch zu finden. Besonders während Kälteperioden können länger geschlossene Schirme (Tagesschirme) eine grosse Energieeinsparung bewirken.
Mit einer angepassten Bewässerungsstrategie kann überflüssige Wasserverdunstung während der Heizperiode vermieden werden, denn Verdunstung benötigt Energie. Tropfbewässerung, Ebbe-Flut usw. sind gute Beispiele. Wird aber über Kopf gegossen, ist Vormittag der richtige Zeitpunkt und wenn möglich bei geöffneten Lüftungen, um das Abtrocknen zu ermöglichen.
Unterhalt der Gewächshäuser und deren Infrastruktur:
Mit periodischen Kontrollen, was die Dichtigkeit der Türen und der Gewächshaushülle angeht, können mit einem kleinen Aufwand grosse Heizverluste vermieden werden. Kaputte Scheiben und Löcher oder Risse in Folien verursachen einen Sog warmer Luft nach aussen, der nicht zu unterschätzen ist! Folien sollten spätestens im 7. Jahr gewechselt werden.
Regelmässiges Überprüfen auf einwandfreies Schließen der Lüftungsklappen vermeidet einen nicht zu unterschätzenden Wärmeverlust. Ebenso wie Löcher in der Dachhaut bewirken nicht gut justierte, undichte Firstlüftungen schnell einen Energieverlust von 20 %.
Ein dichter Energieschirm hat den Ruf der effektivste Energiesparer zu sein. Wenn jedoch Undichtigkeiten bestehen, verliert er einen grossen Teil seiner Funktion. Das Abdichten der Schirme und die Regulierung der Endschalter bedeuten einen kleinen Aufwand mit grosser Wirkung. Mögliche Risse in den Tüchern können mit Reparaturband abgeklebt werden. Nach ca. 10 bis 12 Jahren steht der Austausch der Tücher an. Dies gehört zu den teureren Unterhaltskosten eines Energieschirmes, die unumgänglich sind und bei der Investition in der Vorkalkulation berücksichtigt werden müssen.
Ein weiterer Bestandteil des Unterhalts von Gewächshäusern ist die Reinigung der Dachhaut im Herbst, um eine gute Ausnutzung des Sonnenlichts zu gewährleisten.
Aber auch Heizkessel sollten einer jährlichen Reinigung unterzogen werden. Durch Ablagerungen geht unnötig Energie verloren (bis zu 10%). Klappen und Kamine müssen dicht sein.
Alle Messfühler (Temperatur-, Feuchtigkeits-, Lichtfühler usw.) brauchen eine regelmässige Überprüfung auf ihre Funktionstüchtigkeit und Genauigkeit (Eichung).
Der Unterhalt ist nicht nur ein ökonomisches Handeln, sondern auch ein ökologisches und gehört zur Disziplin: ‘Ethische Verantwortlichkeit’.
2. Maximalprinzip = mit gleich viel Energiekosten mehr Ertrag herausholen
Kultur- und Vermarktungstechnische Optimierung:
- Einsparungen sind bei der richtigen Pflanzenwahl möglich (z.B. Pflanzen resp. Sorten mit einer höheren Wertschöpfung, temperaturtolerante Sorten usw.).
- Optimale Platzbelegung: möglichst viel pro m2 produzieren (leerstehenden, beheizten Platz vermeiden). Eventuell eine Investition in ein Mehrlagenkultur-System ins Auge fassen.
- Auch eine gute Vermarktung gehört unverzichtbar zum ökonomischen Handeln, nicht verkaufte Pflanzen sind gleichzusetzen mit Energieverschwendung und Ertragsverlusten.
Auf diese drei Punkte tiefer einzugehen, übertrifft den Rahmen dieses Artikels.
3. Beim Optimumprinzip spielen die Grundvoraussetzungen für die differenzierten Investitionen eine Rolle.
Der Grundsatz gilt hier: Keine Investitionen, die nicht zu zusätzlichen Einsparungen führen und den Ertrag sichern oder erhöhen.
Für den Gärtner ist es ein Unterschied in welche Gewächshaus-Kategorie er energietechnisch investiert.
Heizungstechnisch gibt es drei verschiedene Kategorien neben den Gewächshäusern, die nicht zur Produktion gedacht sind, wie beispielsweise Verkaufs- und Arbeitshäuser.
a) Kalthäuser (auch Folienhäuser und Tunnel) für Temperaturen unter 10 °C.
Diese gelten gesetzlich als unbeheizt und haben keine Auflagen (auch wenn eine Heizung betrieben wird).
b) Temperierte Häuser für Temperaturen von 11 bis 15 °C.
Für Neubauten muss ein mittlerer U-Wert von 2,4 W/m2 eingehalten werden.
c) Warmhäuser für Temperaturen über 16 °C.
Für Neubauten muss ein mittlerer U-Wert von 2,4 W/m2 eingehalten werden.
Isolierung
Investitionen in die Isolation bestehender Kalthäuser, die sich lohnen:
Für Kalthäuser, die in den Übergangszeiten und vor allem im Winter beheizt werden, lohnt es sich in die klassischen, minimalen Energie-Spar-Massnahmen zu investieren.
Als erstes muss immer wieder erwähnt werden, dass unnötige Wärmeverluste bei der Erzeugung und Verteilung von Wärme zu verhindern sind. Sowohl Heizkessel wie auch Verteilanlage (Leitungen) müssen unbedingt isoliert sein.
Bei beheizten Folienhäusern (Tunnel) gehören folgende Massnahmen dazu:
Die Eindeckung mit aufblasbarer Doppelfolie gehört zum Minimumstandart bei Folienbauten, damit spart man gut 1/3 der Heizenergie. In der heutigen Zeit sollten keine einfach eingedeckten Folienhäuser dauernd beheizt werden. Bei einem Binderabstand (Bogenabstand) von 2.00m gibt es noch die Möglichkeit eines Umrüsten der Eindeckung auf Polydress® LP-Keder-Folie. Gegenüber Doppelfolie kann mit Keder-Noppenfolie nochmals 10 bis15% mehr Energie eingespart werden mit den positiven Nebeneffekten wie: einer merklich besseren Lichtausbeutung und einer bedeutend längeren Lebensdauer.
Giebelwände von Folienhäusern und Tunnel können mit Noppenfolie nachträglich isoliert werden. Auch isolierte Bodenabschlüsse (Schürzen) rechnen sich, wenn Folienbauten ganzjährig beheizt werden. Diese können mit PC-Doppelstegplatten oder doppelter Noppenfolie nachgerüstet werden. Bodenabschlüsse mit Isolierplatten (Sandwichplatten) nachzurüsten, kann energietechnisch sinnvoll sein, ist aber bei günstigen Leichtbauten nicht unbedingt eine ökonomische Massnahme.
Glasgewächshäuser:
Kalthäuser sind meistens einfach verglast und haben oft ein einfaches Heizsystem wie Warmluftgeneratoren oder Warmwasser-, Warmluft-, Wärmetauscher. Schon aus dieser Sicht führen zusätzliche Isolationen zu grossen Energieeinsparungen. Bei Warmluftheizsystemen wird viel Ausgangswärme benötigt, um ‘kalte Ecken’ zu vermeiden.
Der Einbau eines Energieschirmes gehört zu den effektivsten Energiesparmassnahmen (Einfachglas mit einem Schirm, K-Wert = ca. 3,4 W/m2). Die Energieeinsparung bei geschlossenem Schirm beträgt ungefähr 40%; der Schirm wird aber nur nachts geschlossen, somit reduziert sich die Gesamteinsparung (Tag und Nacht) auf 25 bis 30 %.
Als einfache Massnahme gehört das Isolieren der Steh- und Giebelwände. Dies erfolgt mit dem Anbringen einer Noppenfolie. Mit dieser günstigen Massnahme wird auf der isolierten Fläche der Wärmeverlust um ca. 40% verringert, was bei einem einschiffigen Gewächshaus den Gesamtenergieverbrauch um die 8% reduziert.
Bei einer Totalsanierung der Dachhaut müsste man überlegen, ob das Dach nicht gleich mit Polydress® LP-Keder-Folie (Keder-Noppenfolie) eingedeckt werden soll (mit einem K-Wert von 3,3 W/m2 gegenüber Glas = 5,8W/m2). Mit dem Wegfall der Sprossen ist eine Heizersparnis (Tag und Nacht) von 50% möglich und ist somit noch effektiver als der Energieschirm.
Diese Isolationsmassnahmen können bei Kalthäusern durchaus als ökonomisches Handeln bezeichnet werden und sind deshalb zu empfehlen.
Lohnende Investitionen in die Isolation bestehender Temperiert- und Warm- Häuser:
Für Neubauten, die über 10°C geheizt werden, schreibt das Gesetz einen mittleren U-Wert (K-Wert) von 2,4 W/m2 vor. Für bestehende ältere Gewächshäuser lohnt es sich alles daran zu setzen, dass die Gewächshaushülle möglichst gut isoliert ist. Nebst Energieschirm und der Isolation von Steh- und Giebelwänden, wie schon bei Kalthäusern beschrieben, lohnen sich folgende Zusatzinvestitionen:
Sprossen
Sprossen haben einen direkten Kontakt mit der Umwelt. An diesen Stellen kann viel Wärme an die Umgebung abgegeben werden (Kältebrücken). Um dies zu verhindern, werden bei neuen Häusern isolierte Sprossen eingesetzt. Alte Metall-Sprossen können mit Gummiprofilen nachgerüstet werden (Energieeinsparung nur ca. 4%). Besser ist ein Umrüsten auf kittlose Alusprossen, so kann gegenüber eingekittetem Glas 10-15% Energie eingespart werden.
Gewächshaushaut
Bei Neueindeckungen alter Glashäuser erreicht man das beste Preis-Leistungsverhältnis mit einem Umrüsten auf Polydress® LP-Keder-Folie (K-Wert 3,3 W/m2). Damit verringern wir den Energieverlust um ca. 50%. Dazu kommt eine bessere Lichtdurchlässigkeit gegenüber altem Glas.
Eine optimale Wärmedämmung mit maximaler Lichtausbeute wird mit einer Neueindeckung aus Plexiglas® Doppel- oder Dreifachstegplatten erreicht (K-Wert mind. 2,6 W/m2 Energieeinsparung ca. 55%). Die Nachteile liegen bei Plexiglas® (Acrylglas) im Preis und in der Brennbarkeit des Materials. Diese Option lohnt sich nur für Warmhäuser.
Mehrfachstegplatten aus Polycarbonat (PC-Platten) sind aus lichttechnischer Sicht und aufgrund der Alterung als Dacheindeckung nicht zu empfehlen. Der Einbau von PC-Mehrfachstegplatten auf Steh- und Giebelwänden macht jedoch Sinn (vor allem in der Kategorie Warmhaus).
Eine andere Isolation ist das Anbringen einer Folie unter dem Glas. Da eignet sich vor allem ETFE-Folie (z.B. F-Clean). ETFE ist eine Folie, die so transparent ist, dass der Lichteinfall kaum reduziert wird und zugleich ist sie sehr langlebig. Das Wichtigste beim Inneneinspannen von Folien ist wiederum die Dichtigkeit. In der Praxis sieht man immer wieder lückenhaft montierte Folien, die eine Luftzirkulation ermöglichen, so dass ein Grossteil der Isolation verloren geht!
Fundament
Ein unisoliertes Fundament ist eine Kältebrücke, durch diese die Wärme an die Umwelt entweicht. Zur Behebung kann aussen oder innen eine Isolation angebracht werden, wichtig ist ein nahtloser Übergang zur Verglasung. Die Isolation soll, wenn möglich 40cm tief in den Boden reichen. Meist werden Wärmedämmplatten aus Polystyrol verwendet. Die maximale Energieeinsparung in Bezug auf die isolierte Fläche kann bis zu 70% betragen
Rinnen
Rinnen sind bei älteren Breitschiff-Gewächshäusern und Folienhäusern meist grosse Kältebrücken, man rechnet etwa mit 4% Wärmeverlust über die Rinnen. Bei Venlo-Bauten neuerer Generation haben wir durch die kleinen Doppelwandigen Rinnen nur einen kleinen Wärmeverlust. Dort, wo grosse offene Rinnen bestehen, kann mit einer Isolation nachgeholfen werden. Das Einfachste ist das Anbringen einer Noppenfolie unter die Rinnen.
Energieschirm
Was sich bezüglich Energieschirme in jedem Fall auszahlt, sind doppellagige Energietücher, besser noch ist ein Nachrüsten auf einen zweiten Energieschirm (Einfachglas mit zwei Schirmen 2,6 W/m2). Die Energieeinsparung bei geschlossenen Schirmen beträgt ca. 55%. Gesamteinsparung (Tag und Nacht) zwischen 35 bis 40%.
Bei hohen Giebel- und -Stehwänden ist der Einbau von Seitenschirmen (Rollschirme) eine sinnvolle Massnahme, was einer Doppelverglasung gleichkommt.
Je wärmer ein Gewächshaus geheizt wird, desto mehr kann in eine Isolation mit bedingter Lichteinbusse investiert werden. So kann vor allem bei Neubauten auch Isolier- oder Wärmeschutzglas eingesetzt werden, dies zeigen die ZINEG – Projekte in Deutschland (ZukunftsInitiative NiedrigEnergieGewähshaus). Es kann sich lohnen, bei gewissen Kulturen auf etwas Licht zu verzichten, wenn dabei erheblich Energie eingespart werden kann (www.zineg.de).
Für Gewächshäuser, die als Technikräume, Arbeitsräume oder für den Verkauf genutzt werden, sind die maximal- möglichen Isolationsmassnahmen zu wählen. Wo keine Pflanzen gelagert werden, gibt es zusätzlich die Möglichkeit, die Gewächshaushülle mit Isolationsplatten (Sandwichplatten) einzudecken.
Achtung!
Jede feste Isolation im Dachbereich vermindert die Schneeschmelze und belastet die Konstruktion des Gewächshauses. Bevor eine solche Isolation durchgeführt wird, muss die Statik überprüft und gegebenenfalls verstärkt werden.
Beheizte Gewächshäuser benötigen intelligente Klimamassnahmen und Regeltechniken
Je höher die Isolation ist, desto grösser werden die Herausforderungen bei der Klimatisierung.
Bei dichten, isolierten Gewächshäuser liegen die Herausforderungen erstens bei der Luftfeuchtigkeit und zweitens bei der CO2-Versorgung. Die Möglichkeit mit einem Luftentfeuchter zu arbeiten, statt zu lüften, spart viel Energie. Entfeuchter, die für Gewächshäuser konzipiert wurden, laufen fast energieneutral, denn die elektrische Energie zum Entfeuchten wird dem Gewächshaus in Form von Wärme zurückgegeben. Das Trockenheizen (Lüften) entfällt und mit einer angemessenen Luftfeuchte können die meisten Pflanzen mit ca. 2°C tieferen Temperaturen kultiviert werden. So kann mit dem Einsatz von Entfeuchtern zwischen 40 bis 60% Heizenergie eingespart werden. Um diese grosse Einsparung zu erreichen, benötigt es aber eine zusätzlich CO2 -Begasung! Das heisst, wir setzen Luftentfeuchter ein und investieren zugleich in eine CO2-Anlage, oder wir regeln die Probleme über die Lüftung und verlieren dabei ein Teil (20 -30%) der eingesparten Energie.
Wenn keine Entfeuchter eingesetzt werden, ist vor allem bei geschlossenen Energieschirmen mit zu hoher Luftfeuchte zu rechnen. Um eine Verbesserung des Gewächshausklimas zu erreichen, ohne dass der Energieschirm geöffnet werden muss, besteht die Möglichkeit, ein Jet-System einzusetzen. Bei Bedarf kann gezielt mit einem Jet-System Frischluft vom oberen Raum des geschlossenen Energieschirmes in den Kulturraum geblasen werden. Mit diesem System kann eine Verbesserung des Gewächshausklimas erzielt werden, ohne dass die Energieschirme geöffnet werden müssen. Damit lässt sich mindestens 10% Heizenergie einsparen.
Auch der Einsatz von Deckenventilatoren gehört zu den Klimamassnahmen, der viel zur Energieeffizienz beitragen, denn die Wärme gehört in den Pflanzenbestand und nicht an die Decke!
Für die Steuerung der Klimamassnahmen, die bei gut isolierten, dichten Gewächshäusern von eminenter Wichtigkeit sind, gehören zuverlässige Regelsysteme oder noch besser Klimacomputer, um vernetzte Funktionen ausführen zu können. Die eingesetzten Fühler müssen einwandfrei arbeiten, deshalb sollten Temperaturfühler vor Lichtstrahlen und Wasser geschützt sein. Am genausten funktionieren Klimafühler in ventilierten Klimaboxen und diese sollten möglichst nahe am Pflanzenbestand aufgehängt werden. Je genauer die Messdaten übertragen werden, desto optimaler kann beispielsweise die Vorlauftemperatur geführt werden. Die Messdaten werden vom Regelgerät bzw. Klimacomputer so ausgewertet, wie sie von den Sonden geliefert werden. Für grössere Betriebe lohnt sich die Investition in einen Klimacomputer, damit die komplexen Klimamassnahmen richtig umgesetzt werden. Klimacomputer können Energie-, Heizmaterial- und Wasserdaten, aber auch Daten zu Düngemittel, Pflanzenschutzmittel und der Nützlingseinsatz erfassen und auswerten. Die Aufzeichnungen, die ein Klimacomputer liefert, ermöglichen jederzeit Massnahmen, um einen effizienteren Ressourceneinsatz zu ergreifen.
Bei Umwälzpumpen liegt vielfach noch grosses Potenzial, um elektrische Energie einzusparen. Für Gewächshausheizungen wurden bis vor 15 Jahren noch Pumpen mit fester Drehzahl eingesetzt. Diese laufen dauernd auf voller Leistung, auch wenn weniger Leistung genügen würde. Es gibt wirtschaftliche und energiespezifische Aspekte, diese Pumpen mit drehzahlgesteuerten (frequenzgesteuerten) Pumpen auszutauschen. Das gleiche gilt auch für Bewässerungspumpen.
Zusammenfassung
Viel erreichen lassen sich bei beheizten Kalthäusern mit einfachen Massnahmen wie dem Anbringen einer Noppenfolie auf Giebel- und Stehwänden, aufblasbarer Doppelfolie bei Folienbauten, richtiger Platzierung der Messfühler, Abdichtung der Gewächshaushülle und regelmässiger Dachreinigung. Das sind kleine Investitionen, die Sie selber umsetzen können. Eine unbestrittene grössere Investition, die sich für alle beheizten Glashäusern lohnt, ist der Einbau von Energieschirmen. Je tiefer die Temperatur im Gewächshaus geführt wird, desto weniger kann in die Enrgieeffizienz investiert werden, da die nominale Energieeinsparung proporzional abnimmt.
Das Optimumprinzip ist der Königsweg beim ökonomischen und ökologischen Handeln im gedeckten Anbau. Auf den gegebenen Flächen mit den verfügbaren Ressourcen und Energiepreisen eine nachhaltige, rentable Produktion zu betreiben, ist noch nie so herausfordernd gewesen wie gegenwärtig! Die besondere Dichtigkeit und Isolation der Gewächshaushülle, um den Energieverbrauch zu senken, erfordern ein Umdenken in der Produktion und ziehen neue Investitionen in der Klimatisierung mit der entsprechenden Regeltechnik (Computer) nach sich. Ein Zitat von Prof. Dr. Brigitte Poppenberger, Fachgebiet Biotechnologie im Gartenbau an der TU München zeigt die Herausforderung für Produzenten klar auf: «Blütezeitpunkt, Fruchtreife oder Streckungswachstum werden von Pflanzenhormonen gesteuert, die auf veränderte Umweltfaktoren reagieren. Wird beispielsweise das Temperatur- bzw. Lichtangebot qualitativ oder quantitativ verändert, wirkt sich das auf den Hormonhaushalt in der Pflanze aus – mit entsprechenden Folgen».
Schlussfolgerung: Gründe, um die Nutzung der Massnahmen zur Energieeffizienz zu verschieben, sind in der gegenwärtigen energiepolitischen und wirtschaftlichen Lage kaum mehr zu finden! Wer sich aber nur der ökologischen Ideologie unterstellt und sich nicht nach dem ökonomischen Prinzip orientiert, hat genau so verloren wie derjenige, der die Zeichen zur Energieeffizienz nicht erkennt.
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