Ziel des ZINEG-Projekts
Im Rahmen des ZINEG-Verbundprojekts liegt der Forschungsschwerpunkt in Hannover-Ahlem auf einer Gewächshausanlage mit maximaler Wärmedämmung, einer Tag-Nacht-Speicherung von überschüssiger Solarwärme und energiesparenden Temperaturregelstrategien für die Produktion von Zierpflanzen. Ziel des ZINEG-Projekts ist es, im Unterglasgartenbau durch den kombinierten Ansatz aus technischen und kulturtechnischen Maßnahmen den Verbrauch fossiler Energieträger und die damit verbundenen CO2-Emissionen um bis zu 90% zu reduzieren, ohne dass bei der Produktion Einbußen in der Qualität oder Kulturzeitverzögerungen auftreten.
Pflanze und System an ihre Grenzen bringen
Nach der Inbetriebnahme des Niedrigenergiegewächshauses im Frühjahr 2010 wurden Versuche mit marktrelevanten Zierpflanzenarten zur Erarbeitung grundsätzlicher Daten zum Gewächshaussystem durchgeführt. Dazu zählten beispielsweise Daten zur Wärmeisolierung der Gewächshaushülle oder zur Nutzung von überschüssiger Solarenergie, wie Zeitraum und Management der Wärmespeicherung. Auch das sich bei überwiegend geschlossen Lüftung einstellende Gewächshausklima und die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum wurden umfangreich untersucht. Durch die Realisierung zum Teil kritischer Klimasituationen konnten die pflanzenbaulichen Grenzbereiche des Systems ausgelotet werden.
Aufbauend auf den Erfahrungen und Ergebnissen des ersten Versuchsjahres wurden die Untersuchungen im Niedrigenergiegewächshaus Hannover unter anderem bei Pelargonien und Poinsettien im zweiten Forschungsjahr unter optimierten Bedingungen fortgesetzt. Neben dem Ziel der effizienten Energieausnutzung, das heißt maximale Nutzung der Solarenergie (Wärmespeicherung) bei möglichst geringem Primärenergieaufwand, stand vor allem die Erzielung optimaler Pflanzenqualität im Vordergrund. Durch ein verbessertes Speichermanagement zur Solarwärmenutzung und angepasste Temperaturstrategien wurde der Heizenergieverbrauch im Vergleich zu einer Kultur in einem Standardgewächshaus (Einfachglas mit einem Energieschirm) bei Pelargonien um 67 bis 82 Prozent und bei Poinsettien um 60 bis 95 Prozent reduziert. Der noch benötigte Anteil an Heizenergie konnte zudem durch gespeicherte, regenerative Solarwärme bis zu 97 Prozent gedeckt werden.
Anpassung der Kulturmaßnahmen für gute Pflanzenqualität
Die Auswertung der Pflanzen aus den verschiedenen Temperaturvarianten ergab, dass sich die unterschiedlichen Klimabedingungen im Pflanzenwachstum und in der Qualität in gewissem Maße wiederspiegeln, aber dennoch alle Pflanzen einer befriedigenden bis sehr guten Qualität entsprachen.
Die im Niedrigenergiegewächshaus vom üblichen Gewächshausklima abweichenden Wachstumsbedingungen erfordern angepasste Kulturmaßnahmen. So sind bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit mit Spitzenwerten von 98 Prozent aufgrund der deutlich geringeren Pflanzentranspiration die Bewässerung wie auch die Düngung anzupassen. Zur Vermeidung von phytosanitären Problemen muss im Gewächshaus auch auf eine ausreichende Luftzirkulation geachtet und bei Gefahr der Taupunktunterschreitung mit Entfeuchtungsstrategien gegengesteuert werden.
Tropische Bedingungen zur Effizienzsteigerung
Die Untersuchungen der ersten zwei Jahre im Niedrigenergiegewächshaus zeigten neben vielen positiven Ergebnissen jedoch auch noch Schwächen im Gewächshaussystem auf. Hinsichtlich der Rentabilität und Effizienz des installierten Wärmespeichersystems zur Solarwärmenutzung bestand noch Optimierungsbedarf. Eine effizientere Nutzung des Wärmespeichersystems im Niedrigenergiegewächshaus wurde ab Sommer 2012 mit der Kultur von wärmeliebenden Zierpflanzenarten bei hohen Kulturtemperaturen (>25 °C) und einer ausgedehnten Heizperiode angestrebt. Insgesamt wurden neun verschiedene wärmeliebende, zum Teil tropische Zierpflanzenarten wie Streptocarpus, Hibiscus und Canna bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen im Niedrigenergiegewächshaus kultiviert und von der LVG Ahlem pflanzenbaulich bewertet. Es konnten die Ober- und Untergrenzen der Temperaturverträglichkeit der untersuchten Zierpflanzen näher bestimmt und Empfehlungen für die Kultur in einem Niedrigenergiegewächshaus abgeleitet werden. Die Versuche zeigten, dass nicht alle der ausgewählten Zierpflanzenarten gleichermaßen in Wachstum und Entwicklung positiv auf hohe Durchschnittstemperaturen von über 25 °C reagieren.
In Zusammenhang mit der längeren und damit vermutlich effizienteren Nutzung des Wärmespeicher-systems im Niedrigenergiegewächshaus spielt die Auswahl von Zierpflanzen mit artspezifischen Temperaturkompensationsvermögen eine wichtige Rolle. Der Temperaturanspruch der Pflanze sollte mit der Temperaturauslegung des Wärmespeichersystems (hier 18 bis 28 °C) weitgehend übereinstimmen, um eine gute Pflanzenqualität bei energiesparender Betriebsweise des Systems produzieren zu können.
Letzte Schritte im Zineg-Teilprojekt Hannover
Im Winterhalbjahr 2012/13 wurde der Frage nachgegangen, welchen Mehrertrag über die Energieeinsparung hinaus, ein innovatives Niedrigenergiegewächshaus für die Zierpflanzenproduktion gegenüber konventionellen Gewächshäusern bringt? Neben beachtlicher Heizenergieeinsparung könnte beispielsweise ein zusätzlicher Pflanzensatz pro Jahr einen Mehrertrag bedeuten. Da Elatior-Begonien zu den Zierpflanzen zählen, die im Satzweiseanbau kultiviert werden, wurde diese für die Untersuchungen im Niedrigenergiegewächshaus ausgewählt. Ziel der Untersuchungen war es, durch hohe Temperaturen, Zusatzbelichtung und CO2-Düngung in dem hoch wärmegedämmten Gewächshaus im Winterhalbjahr einen Begonien-Satz mehr zu produzieren als es bei der konventionellen Produktion in einem Standardgewächshaus üblich ist. Die Kulturversuche und deren Auswertungen werden sich bis in den Sommer 2013 erstrecken.
Ab Mitte Juli 2013 werden im Rahmen der ZINEG-Forschung im Niedrigenergiegewächshaus ein letztes Mal Weihnachtssterne kultiviert. Einzelne Stellschrauben des Klima- und Wärmespeichermanagements gilt es dabei noch so zu drehen, dass bei wirtschaftlicher Betriebsweise des Gewächshaussystems das Optimum zwischen minimalem Heizenergieeinsatz und günstigen Wachstumsbedingungen erreicht wird.
Im Winter 2013/14 wird das Niedrigenergiegewächshaus Hannover für letzte Wärmeverbrauchsmessungen genutzt. Noch vor dem Jahreswechsel werden die in insgesamt 4 Jahren Forschungsarbeit gesammelten technischen und pflanzenbaulichen Erfahrungen und Ergebnisse von den Projektmitarbeiter/Innen des Instituts für Biosysteme und Gartenbautechnik (BGT) der Universität Hannover und der Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau Ahlem der Landwirtschaftskammer Niedersachsen evaluiert und interpretiert. Darauf aufbauend wird eine Gesamtbewertung des systemorientierten ZINEG-Konzepts „Hannover“ ausgearbeitet und gemeinsam mit den anderen ZINEG-Konzeptbewertungen kurz nach dem Projektende in einer gesonderten Broschüre veröffentlicht.
Erste Ergebnisse der Gesamtbewertung der verschiedenen ZINEG-Konzepte und Empfehlungen für die Praxis werden von den Projektbeteiligten, inklusive der ökonomischen Begleitforschung, auf der Internationalen Pflanzenmesse (IPM) im Rahmen der „Lehrschau“ (Halle 1A), vom 28. – 31. 01.2014, in Essen präsentiert werden.
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Bis zu 95% Energieeinsparung und gute Pflanzenqualität bei Poinsettien im Niedrigenergiegewächshaus
Im Rahmen des ZINEG-Projekts wurden im Niedrigenergiegewächshaus in Hannover-Ahlem ab KW 28 / 2011 fünf Poinsettiensorten unter verschiedenen Kulturvarianten (Tab. 1) auf Wachstum, Entwicklung, Qualität und Energieverbrauch untersucht. Ein verbessertes Speichermanagement zur Solarwärmenutzung und angepasste Temperaturstrategien führten im Vergleich zur Kultur in einem Standardgewächshaus zu einer Reduzierung des Heizwärmebedarfs um 60 - 95%. Zusätzlich wurde durch die Solarenergienutzung (Wärmespeicherung) bis zu 97% der benötigten Heizenergie durch regenerative Solarwärme gedeckt. Die verdunkelten Pflanzen waren als erstes verkaufsreif, kompakter und zeigten größere Brakteen als die unverdunkelten Poinsettien. Allgemein galt, je kühler die Temperatur im Kurztag, umso kleiner der Habitus und die Brakteen. Obwohl sich die Poinsettien durch unterschiedliche Klimabedingungen im Habitus unterschieden, wurden in allen Varianten verkaufsfähige Poinsettien in guter Qualität produziert.
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Hohe Luftfeuchte im Niedrigenergiegewächshaus - (k)ein Problem bei Pelargonien?
Mit dem Ziel möglichst viel Heizenergie einzusparen wurden im Frühjahr 2011 im Niedrigenergiegewächshaus Hannover-Ahlem Pelargonien bei überwiegend geschlossener Lüftung unter verschiedenen Temperaturvarianten kultiviert. Untersucht wurde der Einfluss des Gewächshausklimas auf die Pflanzenentwicklung, -gesundheit und das Transpirationsverhalten von Pelargonium zonale.
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ZINEG-Hannover: Energieeinsparungen von 80 % bei Topfpflanzen möglich
Zielsetzung des ZINEG-Gewächshauses in Hannover ist die Produktion von Topfpflanzen mit möglichst niedrigem Energieverbrauch. Dazu wurde das Gewächshaus mit Isolierglas eingedeckt und mit einem Tagesschirm (ca. 20 % Schattierwirkung), einem Energieschirm (50 %
Schattierwirkung und einer Verdunklung ausgestattet. Nachts werden zur Energieeinsparung alle drei Schirmsysteme geschlossen. Bei sehr kalter Witterung kann der Tagesschirm auch am Tage geschlossen bleiben. In den Wintern 2010/11 und 2011/12 wurde der Energieverbrauch gemessen, um die Energieeinsparung der verschiedenen Systeme ermitteln zu können.
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Niedrigenergiegewächshaus Hannover Ergebnisse aus dem Versuchsjahr 2011
Im Winter 2010/2011 wurden erste Wärmeverbrauchsmessungen am ZINEG-Gewächshaus in Hannover-Ahlem durchgeführt. Die wärmetechnische Isolierung der Kulturflächen ließ ein hohes Einsparpotential erwarten, was durch die Messungen eindrucksvoll bestätigt wurde. Abb. 1 zeigt verschiedene Betriebszustände des Energieschirmsystems. Bei drei geschlossenen Energieschirmen ergeben sich sehr gute Wärmeverbrauchswerte von 1,2 bis 1,5 W/(m2.K), bei minimalem Einfluss der Windgeschwindigkeit. Bei geöffneten Energieschirmen steigt der Energieverbrauch mit zunehmender Windgeschwindigkeit deutlich an. Ursache hierfür sind Undichtigkeiten an der Gewächshaushülle, die noch untersucht werden müssen.
Ab KW 28 wurden im Niedrigenergiegewächshaus fünf Euphorbia pulcherrima Sorten (12er Topf) unter zwei Temperaturbedingungen (mit/ohne Verdunklung) zur Nutzung von solarer Überschusswärme kultiviert. Verglichen wurden die Pflanzenqualität und der Heizenergieverbrauch mit einer konventionellen Temperaturvariante im Standardgewächshaus*. Abhängig von der Sorte und Kulturführung wurde die Heizenergie bis zu 100% durch Solarenergie gedeckt. Insgesamt wurde im Vergleich zur Standardvariante bis zu 90% Heizenergie eingespart (s. 'Freedom Early' Variante 1 + 5). Die Pflanzenqualität der Varianten 1, 3 und 4 war sehr gut und mit dem Produkt aus der Standardvariante vergleichbar oder sogar besser.
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Elatior-Begonien im Niedrigenergiegewächshaus Hannover – ein voller Erfolg!
Elatior-Begonien zählen mit ihrem hohem Licht- und Wärmebedarf im Unterglasanbau insbesondere in den Wintermonaten zu den energiezehrenden Zierpflanzenarten. Im Hinblick auf die stetig steigenden Energiepreise und investitionsintensiven Beleuchtungsanlagen stellen Heizkosten-einsparung und Kulturzeitverkürzung wichtige Aspekte bei der wirtschaftlichen Produktion von Pflanzen mit hohem Energiebedarf dar. Dass sich Heizkosteneinsparung und Kulturzeitverkürzung ohne Qualitätseinbußen erfolgreich kombinieren lassen, zeigt ein im Rahmen des Forschungsverbundprojekts ZINEG durchgeführter Versuch im Niedrigenergiegewächshaus in Hannover-Ahlem.
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