CO2, temperatuur en energiebesparing

2/14/2009
CO2, temperatuur en energiebesparing
Wat komt er aan de orde?
CO2
Ep Heuvelink & Leo Marcelis
Wageningen UR: % Leerstoelgroep Tuinbouwketens
% WUR Glastuinbouw
Gebruik van temperatuur in gewassturing
Met medewerking van: Susana Carvalho, Anja Dieleman, Tom Dueck,
Anne Elings, Arie de Gelder, Jan Janse, Eric Poot,
Feije de Zwart
Trends
Fysiologisch effect van CO2: fotosynthese
Effecten van CO2 op groei
CO2 balans van de kas
Welke processen beïnvloed?
DIF, DROP en integratie
Sturen op assimilatenbalans
Energiebesparing: hoe doen we dat?
Energiebalans van een kas
Gebruik van schermen
Tips/conclusies
Groeibijeenkomst Westland Energie Services
Zwolle, 12 februari 2009
Trends in CO2
Effecten van CO2 op de plant
Op meeste bedrijven is CO2 dosering standaard
Meer fotosynthese,
Verschillende bronnen: ketel, WKK, OCAP, vloeibaar
Steeds hogere concentraties in met name
zomerhalfjaar
Semi%gesloten kas: hogere productie
vooral door hogere CO2 concentratie
CO2: tot circa 800 ppm duidelijke verbetering
fotosynthese; vooral bij veel licht en hoge temperatuur
Beetje sluiting huidmondjes (10%)
In principe altijd meer groei door meer CO2 tot
max 800%1000ppm; hoog CO2 kan schade geven
Dikker blad (meer gewichtsgroei, gelijke oppervlakte)
Wees alert op verontreiniging rookgassen
Vuistregel effect van CO2:
Per 100 ppm toename CO2 is % toename in groei te
berekenen als
1500 × 1000
CO2 × CO2
Bruto gewasfotosynthese
(mg CO2 m-2 s-1)
3
700
600 co2-250
400 co2-300
350 co2-350
300 co2-400
250 co2-600
2,5
2
1,5
1
co2-700
0,5
0
0
200
400
600
800
1000
waardoor meer groei (15%30%), productie, zetting, vertakking, minder
abortie
Meeste planten: CO2 is alleen overdag van belang.
Mogelijke uitzondering zijn CAM planten (bijv. Phalaenopsis)
Van 350 naar 450 ppm: 12% extra groei
Van 600 naar 700 ppm: 4% extra groei
Van 1000 naar 1100 ppm: 1.5% extra groei
Maar: van 350 naar 250 ppm kost 19% groei!!
Globale straling buiten (W m-2)
Fotosynthese bij 25°C
Naar Nederhoff
1
2/14/2009
Bij hoge CO2 concentratie ligt optimum temperatuur hoger
CO2 bij paprika: betere zetting hogere productie
1000 ppm
20
350 ppm
10
0
0
10
20
30
40
150
300
380 ppm
580 ppm
780 ppm
100
Vruchten
(g drogestof /plant)
blad + stengel
(g droge stof / plant)
Blad fotosynthese
(µ mol CO2 m-2 s-1)
30
50
0
380 ppm
580 ppm
780 ppm
200
100
0
5
15
25
5
15
Tijd (weken)
Temperatuur (o C)
25
Tijd (weken)
Uit Dieleman et al.
CO2 % gesloten kas
Berekening groeimodel (lijnen) en gemeten
tomatenopbrengst
60
1500
1200
Opbrenst tomaat (kg m -2)
CO2 concentratie (ppm)
1800
Open kas
900
Gesloten kas
600
300
0
0
10
20
30
40
50
Tijd na planten (weken)
Gesloten
50
40
Open
30
20
10
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
Dagnummer
Meting en modelberekening: 16% hogere opbrengst door
hoger CO2
Themato
De CO2%concentratie is een balans
Ventilatieverlies
Themato
De CO2%concentratie is een balans
40 kg/(m² jaar)
verademing
5 kg/(m² jaar)
10 kg/(m² jaar)
CO2 opname
CO2 dosering
45 kg/(m² jaar)
5 kg/(m² jaar)
2
2/14/2009
De balans verschuift door het ventilatieverlies
CO2%Optimizer
Buitenconditie: 360 ppm, 500 W /m 2
136 kg/ha/uur
Doel:
Zo efficiënt mogelijke inzet CO2%bronnen
126 kg/ha/uur
Rekening houden met:
445 ppm
790 ppm
44 kg/ha/uur
54 kg/ha/uur
Berekent continu extra kosten en extra opbrengsten van CO2
dosering (rookgas, OCAP, vloeibaar)
optimale instelling voor CO2 regeling in klimaatcomputer
Ontwikkeld door WUR Glastuinbouw en Hortimax
180 kg/ha/uur
Ventilatievoud =4
Ventilatievoud =19
klimaatomstandigheden binnen/ buiten de kas
buffercapaciteit en gas%/OCAP contracten
weersverwachting
www.glastuinbouw.wur.nl/NL/diensten/optimaalco2
Er zijn rekenprogramma’s
voor optimalisatie CO2
Gebruik van temperatuur in de gewassturing
Welke processen beïnvloedt temperatuur?
• relatie met andere factoren
• rasverschillen
DIF, DROP, temperatuurintegratie
Specifieke effecten op gewasdelen
Sturen van de assimilatenbalans met temperatuur
20
1000 µmol/m²/s
500 µmol/m²/s
10
250 µmol/m²/s
100 µmol/m²/s
0
15
20
25
30
35
-10
Temperatuur (°C)
Lagere temperatuur: compacte planten en
langere teeltduur
Bruto% en netto fotosynthese
CO2)flux (g CO2 m)2 d)1)
30
-2
-1
Fotosynthese (µmol CO2 m s )
Temperatuureffect op fotosynthese: beperkt
(Kalanchoe blossfeldiana)
100
Bruto
Lichtniveau: 200 -mol.m)².s)1
80
Netto
60
40
Ademhaling
20
0
5
15
25
35
Temperatuur
Temperature (oC)
Ademhaling neemt sterk toe met temperatuur
oC:
18
21
23
26
3
2/14/2009
Niet alle rassen reageren hetzelfde op temperatuur
Temperatuurseffect op ontwikkeling en strekking
Taklengte
Bladafsplitsing
Lengte bloemtakken
Afrijpingssnelheid
16°C
20°C
“Biaritz”
16°C 20°C
“Dublin”
Chrysant
35
30
25
20
15
10
5
0
17 °C
21 °C
25 °C
0
10
Seizoensafhankelijke rassenkeuze ?!
40
50
60
Bron: Frank Maas
Bron: Theo Blom, Canada
30
Temperatuur regime; DIF = Tempdag % Tempnacht
Invloed van temperatuurpatroon
20
Tijd na knopuitloop
DIF
DROP
Temperatuurintegratie
+ DIF
- DIF
+DIF
% DIF
Positieve DIF, meer strekking
Plantlengte wordt bepaald door:
Internodiumlengte (mm)
DIF invloed op internodiumlengte chrysant
Aantal internodia (afsplitsingssnelheid
neemt toe met temperatuur)
(snelle bloei%inductie geeft ook minder internodia)
Lengte van de internodia
Knoop
Blad
Knoop
Knoop
30
DT: •16 ºC; 20 ºC; 24 ºC; 28ºC
25
Voorbeeld DIF=0; 4 combinaties
D/N: 16/16, 20/20,
24/24 28/28
20
15
10
5
0
-16
-12
-8
-4
0
4
8
12
16
DIF (°C)
DIFference (verschil) tussen dag en nachttemperatuur
+ DIF ⇒ ↑ Internodium lengte;
% DIF ⇒ ↓ Internodium lengte;
gelijke DIF ⇒ gelijke internode lengte
Stengel
4
2/14/2009
In ochtend meest gevoelig voor temperatuurverlaging
Klimaatkamerproef: gedurende 4 uur temperatuurverlaging (2.5 ˚C)
Sturen op planttemperatuur
60
50
30
20
Is goed mogelijk
Kop reageert bij uitstraling sneller dan meetbox
Namiddag vochtsparen: let op de planttemperatuur
Energiebesparing mogelijk
Koptemperatuur belangrijkst ?????
Lengte (cm)
40
10
0
)
8:30)12:30 12:00)16:00 15:30)19:30 20:30)00:30
Temperatuur versnelt groei komkommervrucht.
Gewastemperatuur
Hogere vruchttemperatuur hogere trekkracht aan assimilaten
Groeipunt (kop)
Vruchten
Wortels
bepaalt uitgroeiduur, vruchtgrootte
kan worteldruk beïnvloeden
kan soms beetje compenseren voor lage luchttemperatuur
moet niet te sterk afwijken van luchttemperatuur
jong gewas: snelle beworteling
onderzoek potplanten 1980%1990: er zijn gewasverschillen
Assimilatenverdeling tussen plantendelen
Neemt toe naar dat deel van plant dat warmer is
Worteltemperatuur bij roos (jonge planten)
Bovengronds drooggewicht (g)
Snellere scheutuitloop en vorming
grondscheuten bij hogere worteltemperatuur
120oC
11oC
Tijd (dagen)
30°C
25°C
200
20°C
17.5
100
0
0
100
200
300
400
Temperatuursom vanaf bloei (°C d)
Temperatuurintegratie
Gewas reageert op lange%termijn gemiddelde temperatuur,
en niet zozeer op preciese regime
• Kan alleen als reactie op temperatuur linear verloopt
• Dit geeft energiebesparingsmogelijkheden
0.025
0.020
-1
Aantal grondscheuten
<26oC
300
Ontwikkelingssnelheid (dag )
Ontwikkelingssnelheid
(per dag)
bepaalt ontwikkeling (bladafsplitsing, aanleg nieuwe bloemtrossen)
Groeisnelheid (g d-1)
Tijd (dagen)
Luchttemperatuur was 20oC
0.015
0.010
0.005
0.000
5
15
25
35
Temperatuur ( C) o
Temperatuur
( C)
o
5
2/14/2009
Balans assimilatenaanmaak en verbruik (vraag)
Drooggewicht vruchten (g/plant)
Temperatuurintegratie paprika
300
200
optimaal
standaard
100
Ademhaling
Fotosynthese
Assimilaten
Groei
0
5
10
15
20
25
30
Tijd (weken)
Optimaal: % zelfde gemiddelde temp.; fluctuatie 16%30oC
% overdag minder ventileren hoger CO2
Licht, CO2,
temperatuur, RV
Temperatuur,
Sinks
2.5 m3 gas bespaard; zelfde
vruchtzetting en productie
Conclusies: Effect van temperatuur
Gering effect op fotosynthese (assimilatenaanmaak)
Groot effect op assimilatenverbruik balans
Toename van ademhaling
snellere blad% en bloemafsplitsing
snellere groei vruchten, bloemen, bloemtakken of bladeren
kleinere vruchten, bloemen, bloemtakken, bladeren
Conclusies (2)
Gemiddelde temperatuur meestal belangrijkst, behalve bij jonge
planten (DIF en DROP effecten)
Als het om het lange termijngemiddelde gaat kan er energie
bespaard worden
Optimale temperatuur neemt toe met licht en CO2
Planttemperatuur belangrijker dan kastemperatuur
Gesloten kas:
Verhouding lucht – plant temperatuur anders
Temperatuurgradiënt anders
Energiebalans kas tomatenteelt (referentie)
Energiebesparing: het nieuwe telen
Energiebalans kas
Temperatuurintegratie (binnen etmaal, meerdaags)
Vochtregeling, minimumbuis
Gebruik van schermen
Tips/conclusies
Bron: Dueck et al.
6
2/14/2009
Energiebalans kas tomatenteelt (temp. setpoint 2oC omlaag)
Energiebalans belichte teelt
Zwaar belichte teelten met WKK:
Vrijwel continu warmte%overschot
Nauwelijks energie te besparen door temperatuur% of
vochtregeling
Als warmte op is, durf dan temperatuur te laten zakken!
Bron: Dueck et al.
Regeling kastemperatuur
Belangrijkste factor voor het energiegebruik (onbelichte teelt 75%90%)
Energiegebruik afhankelijk van:
Temperatuursetpoint
Temperatuurintegratie
Isolatie kas
(isolatiewaarde kasdek/gevels, raamopening, scherm)
Buitentemperatuur, wind, uitstraling
Temperatuurintegratie en % compensatie
Temperatuurintegratie en % compensatie
Zon de kas overdag op laten warmen (gratis) en ‘s nachts minder
stoken
Gewas reageert in veel gevallen op lange%termijn
gemiddelde temperatuur, en niet zozeer op preciese
regime
Gebruikmaken van de speelruimte voor temperatuur
die de plant ons biedt:
overdag minder stoken en juist ‘s nachts bij gesloten scherm meer
stoken
Meerdaagse integratie
Via programma klimaatcomputer
Handmatig
Resultaten energiebesparing freesia
Binnen een etmaal
Op dagen met veel wind of weinig zon lagere kastemperatuur
‘accepteren’; later inhalen (niet altijd nodig!) ;
rekening houden met buitentemperatuur heeft geen zin
Scherm:
Afhankelijk behandeling 775 tot 810 uur geschermd
Energiebesparing bij gesloten scherm ca. 45%
Gasverbruik in totale periode bij standaard 9,3 m3,
met scherm 7,5 m3, besparing 1,8 m3 (zo’n 20%)
Circa 35% minder vaak hoge pieken in gasverbruik
TI + scherm: Energiebesparing 45 tot 53%:
= 4 tot bijna 5 m3!
Bron: J. Janse
7
2/14/2009
Productie en kwaliteit freesia
Schermen:
Gelijke productie en kwaliteit
Schermen +TI:
Luchtvochtigheid
Gelijk takaantal, taklengte en vroegheid,
0%8% hoger takgewicht (hoger CO2)
Schermen + TI, extra
Regeling kost 10%25% van het energiegebruik in kas
Hogere RV toestaan:
Verlaagd energiegebruik (3%12%)
Nauwelijks effect op productie
Risico op schimmelziekten
6% minder takken, wel zwaardere takken (CO2+85ppm)
Gelijke taklengte en vroegheid
Eenmalig iets pokken
Bron: J. Janse
Energie%efficiente schermregeling
maximaal 4% opening
Kleine stappen (0.3%) en wachttijd
3%6% extra besparing vergeleken met
proportionele of open/gesloten regeling
Geen effect op productie en kwaliteit
Tweede scherm met hoge isolatiewaarde
Buitenluchtaanzuiging tijdens schermen
Schermen tomaat
Later openen (bij 50 W/m2 in plaats van 5 W/m2 straling):
Geen effect op gewasgroei en productie
3.5% extra energiebesparing
Conclusies
Buitenlucht aanzuigen, langs
warmtewisselaar
Voorkomen van te hoge RV
onder scherm
%Langer schermen,
%Geen schermkier nodig
%Minder Botrytis
Energiebesparing van ca. 25% (tomaat) tot 50%
(freesia, sla) is mogelijk zonder grote investering
Al gerealiseerd door enkele telers
Kenmerkend daarbij:
Lage setpoints voor verwarming
Hoge setpoints voor ventilatie
Hoge relatieve luchtvochtigheid
Veel uren schermgebruik
Vloeiende overgangen in kasklimaatregeling
8
2/14/2009
Energiebesparing tomaat: de cijfers op een rij
(Wageningen UR Glastuinbouw en Improvement Centre,
Bleiswijk)
Referentie: 40 m3 a.e. per m2 per jaar
Praktijkproef ‘het nieuwe telen’
m3
Later planten, kortere teelt: 2,5
Schermregeling (enkel): 1 m3
Dubbel scherm: 3,7 m3
Temperatuurregeling: 3,2 m3
Vochtregeling: 2,5 m3
Bevochtiging: efficiëntere warmte afvoer %> hoger CO2
Luchtcirculatie: voorkomen lokaal vocht
Doelstelling:
Totale besparing 13 m3
Warmtewisselaars+WP+aquifer: vervangen 11 m3 gas door
zonne%energie
Totaal: 16 m3 a.e. per m2 per jaar nodig
60 kg tomaten met 20 m3 gas
80 kg komkommers met 25 m3 gas
Bron: Poot e.a.
Tips/Conclusies
Meer met buitenomstandigheden meebewegen
Maak gebruik van flexibiliteit gewas: Temperatuurintegratie
Geen minimumbuis
Meer schermuren en twee energieschermen
Vochtiger telen (maar voorkom condensatie)
Later planten (met grotere planten)
Bedankt voor uw aandacht
Met dank aan financiers onderzoek:
© Wageningen UR
9