Sechs HVAC-Trends für Gewächshäuser, die Sie im Jahr 2023 im Auge behalten sollten

Dieses Verglasungsfoto zeigt das wärmeblockierende Gewächshausdach von Lyris, wie unten im Abschnitt „Spektralverglasung“ beschrieben. Foto: Nadia Sabeh/Red Sea Farms

Abhängig vom Klima, der Ernte und dem Markt bieten herkömmliche Gewächshaus-Klimamanagementsysteme wie Kessel, Verdunstungskühlpads und Abluftventilatoren möglicherweise nicht das Maß an Kontrolle, das für den ganzjährigen Anbau eines gleichbleibenden Produkts erforderlich ist.

Im Folgenden finden Sie eine Liste der sechs wichtigsten Trends, die wir in der Gewächshausbranche beobachten, und zwar in Bezug auf Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sowie Umweltmanagement, insbesondere im Zuge höherer Energiekosten und strengerer Vorschriften.

Es gibt viele coole neue Verglasungsoptionen auf dem Markt, die einen großen Einfluss auf den Heiz- und Kühlbedarf des Gewächshauses haben könnten. Es gibt neue spektrumblockierende Verglasungen, die Wellenlängen im nahen Infrarot (NIR) blockieren, wodurch die Menge an Sonnenwärme, die in das Gewächshaus gelangt, wirksam verringert und der Kühlbedarf verringert wird. Es gibt auch neue spektralmodifizierende Verglasungen, die die energiereichen ultravioletten und blauen Wellenlängen in energieärmere gelbe und rote Wellenlängen verschieben, die photosynthetisch aktiver sind. Und dann gibt es noch stromproduzierende Verglasungen, in deren Glasabdeckung dünne Solarpanelstreifen eingebettet sind, die grünes in rotes Licht umwandeln. Alle diese neuen Verglasungsoptionen haben das Potenzial, den Energieverbrauch und die Kosten für die Kühlung und Heizung des Gewächshauses zu senken.

In feuchten Klimazonen, in denen Belüftung und Verdunstungskühlung nicht so gut funktionieren, werden mechanische Kühlung (auch bekannt als Klimaanlage) und Entfeuchtung zu einer praktikableren und möglicherweise einzigen Lösung für die Verwaltung der Gewächshausumgebung und den ganzjährigen Verkauf gleichbleibender Produkte. Idealerweise würden diese Systeme in einem geschlossenen Gewächshaus betrieben, in dem nur die Innenluft klimatisiert wird, nicht die Außenluft, bevor sie eingebracht wird. Allerdings ist es sehr schwierig, die Sonne draußen zu halten, zumal der Zugang zu Sonnenlicht genau der Grund dafür ist Viele Züchter entscheiden sich für ein Gewächshaus gegenüber einer Indoor-Anlage. Diese Wärme durch Sonneneinstrahlung ist immens. Kombiniert man das mit dem Treibhauseffekt, der durch die Verglasung entsteht, wird plötzlich klar, dass man viel Klimaanlage braucht. Beim Vergleich eines 10.000-Quadratfuß-Gewächshauses und eines 10.000-Quadratfuß-Lagerhauses mit Natriumhochdruckbeleuchtung in einem 5×5-Rastermuster benötigt die Innenanlage etwa 115 Tonnen Kühlung und das Gewächshaus 170 Tonnen. Das bedeutet, dass das Gewächshaus fast 50 % mehr klimatisiert werden muss. Die Klimaanlage ist nicht nur energieintensiv (z. B. hohe Betriebskosten), auch die Ausrüstung selbst ist teuer, typischerweise mehr als 3.000 US-Dollar pro Tonne.

Da Staaten wie Kalifornien auf Elektrifizierung und Dekarbonisierung setzen, um die globale Erwärmung und Klimaschwankungen zu begrenzen oder zu reduzieren, könnten gasbetriebene Gewächshausheizsysteme wie Heizkessel und Lufterhitzer der Vergangenheit angehören. Elektrische Wärmepumpen dürften ihr Ersatz werden. Wärmepumpen funktionieren im Wesentlichen dadurch, dass sie Wärme von einem Ort aufsaugen und sie dann an einen anderen Ort pumpen. Diese Aktion macht sie grundsätzlich reversibel: An einem kalten Tag können sie Wärme aus der Außenumgebung ansaugen und in das Gewächshaus pumpen, und an einem heißen Tag können sie die Wärme aus dem Gewächshaus ansaugen und nach draußen pumpen. Wärmepumpen können Wärme aus der Außenluft, dem Boden, einer Wasserquelle oder sogar einer geothermischen Quelle oder einem Pool nutzen, was sie unglaublich vielseitig macht. Im Allgemeinen sind Luftwärmepumpen in milden Klimazonen effektiver und Erdwärmepumpen sind am effektivsten, wenn täglich oder jährlich ein ausgewogener Bedarf an Heizung und Kühlung besteht.

Immer häufiger sehen wir Gewächshäuser, die so gebaut sind, dass sie die Außenluft umwälzen oder hineindrücken (Überdruck), anstatt sie mit großen Abluftventilatoren abzusaugen (Unterdruck). Gewächshäuser, die nur Umluft nutzen, sind „abgedichtete“ Gewächshäuser, während Gewächshäuser, die möglicherweise eine Kombination aus Umluft und Außenluft nutzen, „Hybrid“-Gewächshäuser genannt werden. Der Trend zu dieser Art von Gewächshäusern geht mit einer präziseren Steuerung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit, einer besseren Eindämmung von Kohlendioxid und Gerüchen (für Cannabis), einer besseren Kontrolle von Schädlingen und der Luftqualität sowie einer verbesserten Luftgleichmäßigkeit einher. Diese Gewächshäuser werden typischerweise mit einer Vorkammer gebaut, in der die Luft mithilfe von Heizgeräten, Verdunstungskühlung, Klimaanlagen oder anderen Systemen vorkonditioniert und dann durch Luftschläuche oder Gebläse in das Gewächshaus gedrückt wird. Der Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass eine anspruchsvollere und teurere Überwachung und Steuerung sowie ein anfänglicher und fortlaufender Luftausgleich erforderlich sind, um eine angemessene Zufuhr und Durchmischung der klimatisierten Luft sicherzustellen und einen Überdruck in der Gewächshausstruktur zu verhindern.

Die Bewegung der Luft in und um die Pflanzen kann dabei helfen, die Blatttemperatur und die Luftfeuchtigkeit im Blätterdach zu regulieren. Deckenventilatoren können eine wirksame Methode sein, um Luft nach unten in den Kopf zu leiten, die Evapotranspiration zu erleichtern und dabei zu helfen, Verbrennungen an den Blattspitzen zu verhindern. Die Luftverteilung unter dem Blätterdach mithilfe von aufblasbaren Schläuchen, Stoffkanälen oder Metallkanälen wird bei Pflanzen mit hohem Blätterdach wie Tomaten und Cannabis immer beliebter. Diese Luftbewegung unter dem Blätterdach trägt dazu bei, Feuchtigkeitsnester aufzubrechen und die Temperaturschichtung zu reduzieren. Erhitzte oder gekühlte Luft wird mithilfe von Ventilatoren, die sich normalerweise an einem Ende des Gewächshauses befinden, durch die Rohre und Kanäle gedrückt. Wenn Pflanzen erhöht auf einer Bank oder einem Tisch stehen, ist es wichtig, dass die Oberseite ein offenes Gitter aufweist, damit Luft hindurchströmen kann.

Ab dem 1. Januar 2023 müssen neue Gewächshäuser, die in Kalifornien gebaut werden, eine Reihe verbindlicher Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs einhalten, unabhängig von der angebauten Kulturpflanze. Wenn das Gewächshaus beheizt und gekühlt werden soll, muss die Hülle über mindestens zwei Glasschichten verfügen, die durch Luft, Argon oder ein anderes Isoliergas getrennt sind. Doppelt aufgeblasenes Polyethylen, doppelwandiges Polycarbonat und Acryl sowie Doppel- oder Dreifachglas erfüllen die Vorschriften. Heizungs- und mechanische Kühlsysteme müssen je nach Typ und Größe auch die im CA Mechanical Code festgelegten Mindesteffizienzanforderungen erfüllen. Falls Sie sich fragen, und ich bin mir sicher, dass es auch Anforderungen an die Beleuchtung gibt. Alle neuen Gartenbeleuchtungen müssen einen Mindest-PPF von 1,9 umol/Joule haben und an der Schalttafel für eine mögliche und zukünftige Untermessung gebündelt werden. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, was im neuen Code enthalten ist und was nicht, schauen Sie sich meinen Blog vom Februar 2023 an, der auf unserer Website veröffentlicht wurde.

Obwohl herkömmliche Gewächshaus-Klimamanagementsysteme immer noch sehr beliebte und kostengünstige Strategien zur Steuerung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind, sind sie nicht mehr die einzige Option. Für Landwirte, die das ganze Jahr über eine gleichmäßige Ernte produzieren möchten (oder müssen), wird die Verwaltung der Gewächshausumgebung zunehmend auf eine präzisere Steuerung ausgerichtet. Es wird auch zu einer Notwendigkeit für Landwirte, die die Welt oder ihre lokalen Gemeinschaften in schwierigen Klimazonen ernähren wollen. Die Entwicklung und Implementierung neuer Systeme, die einen weiteren Schutz von außen bieten, den CO2-Fußabdruck der Branche verringern und das Klima schaffen, nach dem sich Pflanzen sehnen, sind ermutigend für die Langlebigkeit der Gewächshausindustrie.

Dr. Nadia Sabeh ist Präsidentin und Gründerin von Dr. Greenhouse, Inc., einem Maschinenbauunternehmen, das sich auf die Entwicklung landwirtschaftlicher HVAC-Systeme für Indoor-Pflanzenumgebungen, einschließlich Indoor-Anbau, vertikale Farmen und Gewächshäuser, spezialisiert hat. Dr. Sabeh hat spezielle Hochleistungs-HLK-Systeme für anlagenorientierte Einrichtungen in Nordamerika, Europa, dem Nahen Osten und Asien entwickelt. Als Direktor von Dr. Greenhouse leitet Dr. Sabeh die Bereiche Frühphasen-Design, Programmierung, mechanische Systemkonstruktion und Integration sowie Qualitätskontrolle von Baudokumenten. Seit mehr als 20 Jahren hilft Dr. Sabeh Landwirten dabei, ihre Umwelt zu kontrollieren Bauen Sie Indoor-Pflanzen wie Cannabis, Erdbeeren, Blattgemüse und Wein an Standorten an, die früher unmöglich oder unpraktisch gewesen wären. Als landesweit anerkannter Ingenieur, Forscher und Pädagoge ist Dr. Sabeh Hauptredner und leitet Expertengremien bei Branchenveranstaltungen und Konferenzen. Sie berät außerdem Regulierungsbehörden und Normungsentwickler und fungiert unter anderem als Vorsitzende der mit der Entwicklung beauftragten mitfinanzierten Ausschüsse der American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) und der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). den Standard „HLK für Zimmerpflanzenumgebungen ohne Sonnenlicht“.Dr. Sabeh verfügt über eine starke Online-Präsenz, unter anderem auf YouTube und im beliebten Podcast „The Doctor Is In“, wo sie Führungskräfte aus Industrie und Wissenschaft interviewt, um über Technologie und Innovation, neue Forschungsergebnisse und erfolgreiche Strategien für die Gestaltung, den Bau und den Betrieb wirtschaftlich wettbewerbsfähiger Einrichtungen zu diskutieren Einrichtungen.Dr. Sabeh erhielt ihren Ph.D. Er hat einen Abschluss in Agrartechnik vom Controlled Environment Agriculture Center (CEAC) der University of Arizona und ist ein in Kalifornien und Ohio zugelassener Maschinenbauingenieur. Alle Autorengeschichten finden Sie hier.