Temperatuur

De temperatuur wordt bepaald door een balans van energie toevoer en afvoer.

Toevoer van energie is vooral het gevolg van zonlicht. Ongeveer 45% van deze energie bestaat uit het licht, de rest, 55% bestaat uit infra rood en een beetje ultraviolet.

 

Het totaal is 1366,8W/m2, recht van de zon. In Nederland staat de zon niet recht boven ons en is de instraling dus minder. In de winter staat de zon nog veel lager en zal de instraling nog lager zijn.

Alles wat niet gebruikt wordt voor fotosynthese bij de planten wordt uiteindelijk omgezet in warmte. Maar ook de ledverlichting geeft zowel licht als warmte af. Van de 100 W elektrisch opgenomen vermogen wordt ca 30W- 50W = 30% – 50% omgezet in bruikbaar licht, de rest is ook weer warmte. De beste leds op dit moment verkrijgbaar (2017) hebben een rendement van 50%. Dan moet er nog 10% gerekend worden voor omzetverliezen door de drivers enz. In het gunstigste geval zou theoretisch een rendement van 45% haalbaar zijn. Dan is er ook nog wat elektrische apparatuur dat ook warmte genereert. Denk hierbij aan de computer, meet en regel apparatuur, ventilatoren en pompen. Hoewel het effect klein is hoort condensatie ook in het rijtje thuis. Als water condenseert, dan komt er warmte vrij. En tenslotte een verwaarloosbaar effect in dit geval, de compostering. De warmtetoevoer is fijn als de kas (te) koud is. De kas wordt hierdoor opgestookt. Als er geen verlies zou zijn, dan zou de kas alsmaar heter worden.

De afvoer van energie wordt door een aantal effecten bepaald: pure warmtelek door de wanden van de kas. We hebben hier echter twee effecten: de pure geleiding. Dit is afhankelijk van het wandmateriaal. Hoe dikker de (doorzichtige) wand, hoe beter de isolatie of hoe lager de lek. De warmtestroom is evenredig met het temperatuurverschil over de wand. De warmtegeleiding is ca 2,4 W/m2.K. met een totale oppervlakte van ca 30 m2 is het verlies 72 W/K. Het tweede effect is de thermische uitstraling. Ook is er een warmtelek naar de grond. Dan hebben we eventueel tocht. Als deze ongecontroleerd is, dan is dit ongewenst. Het is dus beter om de kas bij wijze van spreken hermetisch dicht te maken. Verdamping speelt ook een rol. Door verdamping wordt energie verbruikt om water om te zetten in waterdamp. Planten doen dat om ook om hun eigen temperatuur te regelen, net als mensen d.m.v. zweten. Ik ga ervan uit dat als planten te warm worden, ze energie gaan verbruiken (misbruiken) om de temperatuur te verlagen ten koste van het nuttige zonlicht bedoeld voor de fotosynthese. We hebben er dus alle belang bij om de temperatuur te regelen op een gewenste waarde (TBD). Eventueel kan er een verschil gemaakt worden in het dag en nacht ritme en over het jaar.

Hoe kunnen we de temperatuur regelen?

De botte manier is koelen of stoken. De kunst is echter gebruik te maken van allerlei passieve technieken die dan geen extra energie kosten. Dat is toch wel een beetje mijn expertise gebied.

Dan is de vraag welke parameters we in handen hebben. Als de inhoud van de kas thermisch gezien zou zweven, dan zal de temperatuur enorm heen en weer gaan. Een belangrijk gegeven is dat we de mogelijkheid hebben om de temperatuur te stabiliseren door gebruik te maken van de grote massa in de grond. We kunnen daar warmte instoppen of uit halen.

De technieken die voorhanden zijn:

Koelen:

Verwarmen:

uitstralen

instraling van zonlicht

verdampen

condenseren

wegblazen/ventileren

ventileren

opslaan van warmte in de buffer

warmte uit de buffer halen

instraling blokkeren (afschermen)

uitstraling blokkeren (isoleren)

 

 

Het zal de lezer opvallen dat links en rechts erg op elkaar lijken. Dit komt omdat de werking van de methode erg afhankelijk is van de periode, zowel de periode van de dag (dag/nacht) en de periode in het jaar (zomer/winter) met de daarbij behorende temperaturen. De worst case situatie, de extremen, zijn hoge temperaturen in de zomer en de lage temperaturen in de winter. De exacte werking, de natuurkundige achtergrond wordt in een aparte bijlage uitgelegd. Door middel van heatpipes en/of thermosyphons is het mogelijk om de warmte passief en efficiënt, zonder verlies, te verplaatsen. Zie hiervoor ook de bijlage. De kunst is dan om de warmte in en uit de heatpipe en/of thermosyphons te krijgen. Voor het uitstralen maken we gebruik van witte metalen platen. Deze platen moeten bij voorkeur niet op de zon gericht zijn

Een ander gegeven is dat de temperatuur bij voorkeur overal gelijk zou moeten zijn. Dat kan eigenlijk alleen maar bereikt worden door de lucht door de kas te bewegen d.m.v. een ventilator. Dit heeft meteen een positief effect op de toevoer van CO2 naar de planten.

 

Verwarmen en koelen op de klassieke manier is een dure liefhebberij.

Verwarming: We hebben echter parameters in handen waar we mee kunnen spelen. Omdat er verlichting is, wordt er ook warmte ontwikkeld. Zo af en toe is er ook zonlicht. De grond kan gebruikt worden als warmtebuffer. Als we dit alles op een slimme manier benutten, dan kan de kas voor een flink deel zonder verwarming draaien of helemaal. De thermische isolatie van kanaalplaat is ca 3,5 W/m2.K. De kunst is om de temperatuur in de kas niet onder de 16 graden Celsius te laten zakken. Dit geldt voor de zogenaamde warme kas. Zie hiervoor http://www.acd-kassen.nl/nl-8641-4781-6110-sitemap-temperatuur-kas.html. De kunst is om zo efficiënt met energie om te gaan, vooral verwarmen kost veel energie. Voor de warmte of eventueel koelen kunnen we gebruik maken van de warmtepomp.

De warmtepomp voor de kas:

De warmtepomp is een heel aantrekkelijk verwarmingssysteem (ook koelen) met een verrassend hoog rendement, hoewel de naam rendement eigenlijk niet gebruikt mag worden vanwege de definitie. Daarom wordt de naam COP, coëfficiënt of performance gebruikt. Bij een opgenomen vermogen van bv. 1 kW is er een afgegeven vermogen dat aanmerkelijk groter is, de verhouding is de COP. De COP is in principe, als we de verliezen negeren, het temperatuurverschil gedeeld door de absolute temperatuur. Bij kleine temperatuurverschillen kan dit getal groot worden en daarmee aantrekkelijk. Om hiervan optimaal te profiteren willen we dus het temperatuurverschil laag houden dat betekent dat het beter is om lang de warmtepomp te gebruiken met een laag vermogen dan kort (af en toe) een groot vermogen want dan gaat het temperatuurverschil omhoog en de COP dus omlaag. Voor de kas is een laag temperatuursysteem verreweg de beste oplossing. De temperatuur van de grond is 10 ⁰C en de kastemperatuur 16 ⁰C. Voor de overdracht via lucht hebben we een extra 10 K nodig. Met elkaar zou dit een hoge COP kunnen opleveren. Als we de warmte stoppen in een buffer, bijvoorbeeld water of grond, dan kan het nog veel hoger worden. We moeten ook rekening houden met het warmtegebruik voor het huis zelf. Het gebruik van een buffer is dan heel nuttig. Een balans van opslag en gebruik moet dan gevonden worden.

De vraag is hoeveel we gemiddeld nodig hebben in de wintermaanden. Als het buiten 8 ⁰C en binnen 16 ⁰C, dan is er bij 8 K temperatuurverschil een vermogen nodig van 8 K  x 2,4 W/m2 x 30 m2 is 576W. Het opgenomen vermogen is dan slechts < 100W en over 24 uur een energie van 2,4 KWh. Als we echter niet de lucht gaan verwarmen maar de buffer op 16 graden brengen dan is het slechts een fractie van dit vermogen, mogelijk zelfs in de buurt van 1 kWh.

Het wordt dan interessant hoeveel energie opgeslagen moet worden om 24 uur de warmte te kunnen bufferen. 

CONTROLEREN/UITWERKEN