KLIMAATREGELING MET FLEXIBELE PRIORITEITEN

Transcriptie

1 4 te Proefstation voor Bloemisterij Glasgrote Vestiging Naaldwijk Kruisbroekweg 5, Postbus 8, 2670 AA Naaldwijk Tel , fax KLIMAATREGELING MET FLEXIBELE PRIORITEITEN Project 2107 A.N.M, de Koning Naaldwijk, mei 1997 / : Intern verslag 96 y^o^[^ 2U'

2 INHOUD 1. INLEIDING 5 2. MATERIAAL ENMETHODEN Algeme Regeling Temperatuurintegratie Vochtregeling 7 3. RESULTATEN EN DISCUSSIE Temperatuurintegratie Vochtregeling Condsatie Verdamping 12 LITERATUUR 13

3 INLEIDING In de huidige klimaatregeling heeft temperatuur altijd de hoogste prioriteit. De regeling zal door middel van verwarming vtilatie prober de gewste kasluchttemperatuur zo goed mogelijk te realiser. Vervolgs wordt er gekek naar de luchtvochtigheid de C0 2 -conctratie. Voor de groei ontwikkeling van plant is de gemiddelde temperatuur belangrijker dan de momtane temperatuur (de Koning, 1990). Door te strev naar e bepaalde gemiddelde temperatuur (momtane temperatuur heeft e lage prioriteit in de regeling) wordt het mogelijk de overige klimaatfactor beter op de ws van het gewas af te stemm. Ook is e besparing op ergiekost voor verwarming mogelijk. De toepassing van flexibele regelprioriteit is gebaseerd op het gegev dat voor sommige plantprocess compsatie in de tijd mogelijk is, bijvoorbeeld plantontwikkeling, terwijl andere process momtaan geoptimaliseerd moet word, bijvoorbeeld fotosynthese. De relevante process in e kas/gewassysteem zijn dus de basis voor e regeling met flexibele regelprioriteit. Uit modelbereking blijkt dat lange-termijn (kele dag) temperatuurintegratie 10 tot 15% ergiebesparing op kan lever (Bailey and Seginer, 1989). Bovdi kan de extra vrijheid voor het optimaliser van andere factor tot e hogere productie leid. In is onderzocht hoe lange-termijn temperatuurintegratie procesgericht regel van de luchtvochtigheid in e regeling met flexibele regelprioriteit kunn word gerealiseerd.

4 2. MATERIAAL EN METHODEN 2.1 ALGEMEEN Het onderzoek is uitgevoerd in kas 103 afdeling De afdeling beslaan 186 m 2 zijn uitgerust met e ondernet van vier verwarmingsbuiz (51 mm) per kap e groeinet van 2 buiz (22mm) op 1m bov de grond. Rookgas zuiver C0 2 zijn beschikbaar. Op de betonn vloer ligg teeltgot met stewol. De klimaatregeling vindt plaats via het ctrale computersysteem (Bakker et al. 1988). Verandering zijn aangebracht in het regelprogramma "103c". De klimaatgegevs in dit verslag zijn verzameld in het voorjaar van In de kas stond e tomatgewas. Vanwege het oriënterd karakter van de proef zijn er ge gewaswaarneming verricht. 2.2 REGELING Temperatuurintegratie Het principe van de temperatuurintegratie-regeling is dat de momtane temperatuur mag variër tuss e ingestelde minimum- maximumwaarde, terwijl op de lange termijn wordt gestreefd naar e bepaalde gemiddelde temperatuur. Indi de gemet kasluchttemperatuur lager is dan de toelaatbare minimumtemperatuur wordt er verwarmd. Bij het overschrijd van de maximumtemperatuur wordt er gevtileerd. De vtilatieregeling is e Pl-regelaar zodat de maximumtemperatuur niet teveel wordt overschred. Dit laatste is wel het geval bij e gebruikelijke proportionele (P) vtilatieregeling. De gewste gemiddelde temperatuur wordt niet als zodanig opgegev. In plaats hiervan werkt de regeling met e 'schaduwsetpoint' dat in feite het setpoint verwarming is bij e traditionele regeling, ledere cyclus (1 minuut) wordt de gemet kasluchttemperatuur vergelek met het schaduwsetpoint het verschil wordt opgeslag in de 'afwijking-temperatuursom'. E negatieve waarde van de afwijkingtemperatuursom betekt dat het in het verled te koud geweest is. Door de toelaatbare minimum- maximumtemperatuur afhankelijk te mak van de afwijkingtemperatuursom wordt voorkom dat het verschil tuss de gerealiseerde gemiddelde temperatuur de gewste gemiddelde temperatuur te groot wordt. De minimum- maximumtemperatuur word proportioneel verhoogd, resp. verlaagd naarmate de afwijking-temperatuursom meer negatief dan wel positief is. Als de afwijkingtemperatuursom gelijk is aan de maximaal toelaatbare afwijking (instelling) zijn de minimum- de maximumtemperatuur gelijk (figuur 1).

5 temperatuur max. afwijking temperaruursom max. Figuur 1 - Bepaling van minimum- maximumtemperatuur in relatie tot de afwijkingtemperatuursom. Door de minimum- maximumtemperatuur op e gelijke waarde in te stell wordt in feite e vast setpoint verkreg zoals in de tot nu toe gebruikelijke regeling. Minimum- maximumtemperatuur kunn per dagdeel (max. 4) ingesteld word. Hierdoor is het bijvoorbeeld mogelijk in e bepaalde periode e vaste gewste temperatuur te realiser of het dag/nacht regime te beïnvloed. Ook de maximale afwijking-temperatuursom kan per dagdeel variër. Hierdoor is het mogelijk om per periode verschil te mak in de mate waarin wordt gestreefd naar de gewste gemiddelde temperatuur. E hogere waarde leidt tot meer afstand tuss de berekde minimum- maximumtemperatuur minder prioriteit voor het bereik van de gewste gemiddelde temperatuur. Het kan wselijk zijn om 's nachts de waarde relatief klein te kiez waardoor er overdag meer ruimte voor de momtane temperatuur is Vochtregeling In de hier beschrev versie van het regelprogramma wordt voor de factor luchtvochtigheid nog niet geregeld op process. Wel bevat het programma voorbereiding op het voorkom van condsatie op het gewas het regel op verdamping. In de regeling wordt e waarde voor het vochtdeficiet ingesteld (per dagdeel) waaronder minimumbuis (proportioneel) of minimumraamstand (proportioneel) wordt ingezet. De keuze voor minimumbuis of minimumraamstand hangt af van de waarde van de afwijking-temperatuursom; bij e negatieve waarde (te lage gemiddelde temperatuur) is er e voorkeur voor minimumbuis bij e positieve waarde heeft minimumraamstand de voorkeur. Bovdi geldt dat als er C0 2 -vraag is de kasluchttemperatuur is lager dan de maximumtemperatuur, ook bij e positieve waarde van de afwijkingtemperatuursom minimumbuis de voorkeur heeft. Als het vochtdeficiet ondanks minimumbuis of minimumraamstand nog kleiner wordt, word minimumbuis én minimumvtilatie ingezet.

6 Condsatie Condsatie van waterdamp op het gewas treedt op als de gewastemperatuur lager is dan de dauwpunttemperatuur van de kaslucht (DT). Beide temperatur word in de hier beschrev versie van het regelprogramma berekd. De dauwpunttemperatuur van de kaslucht kan uit de kasluchttemperatuur (T in C) relatieve luchtvochtigheid (RV in %) berekd word als (Deutscher Wetterdist): DT = C3xln(0,01 xrvxsvp T xc1) / (C2 - ln(0,01 x RVxSVP T /CD) SVP T = C1 xexp(c2xt/(c3 + T)) met SVP T als de verzadigingsdampdruk in mbar bij T C C1 = 6,10780 mbar, C2 = 17,08085 C3 is 234,175 K De koudste del van e vruchtgrotegewas, in geval van oplop van de kasluchttemperatuur, zijn doorgaans de vrucht in de schaduw buit het "zicht" van verwarmingsbuiz. Voor tomaat blijkt deze vruchttemperatuur (meting aan de oppervlakte) goed gesimuleerd te kunn word door de afgevlakte kasluchttemperatuur over e periode van 1 uur (gebaseerd of meetdata van F. Kempkes). Bij e cyclustijd van 1 minuut geldt: VT t = ((VT t., x 59) + T t )/60 met VT, T als de vruchttemperatuur kasluchttemperatuur op tijdstip i. Verdamping Voor het stur van de verdamping kan gebruik gemaakt word van het principe dat over langere tijd geldt: vochtaanvoer = vochtafvoer. Dit betekt dat door het vergrot van de vochtafvoer uit e kas de verdamping zal toem. Vochtafvoer uit de kas bestaat uit twee compont, t.w. condsatie van waterdamp teg het glasdek (<1>M C ) de verliez van waterdamp via vtilatie (OM v ). Het verlies via condsatie teg het glasdek (in g [H 2 0] m" 2 [grondopp.] s" 1 ) wordt berekd volgs (Bakker, 1986): OM c = a m x (O, - Q g ) x p a m = 1,33/(pxC p ) x (Ti-iy 0-33 met a m als overdrachtcoefficit (m s" 1 ), Qj Q g de specifieke luchtvochtigheid van, respectievelijk, de kaslucht de grslaag (verzadiging) van het kasdek (g [H 2 0] kg' 1 [kaslucht]), p is het soortelijk gewicht van de kaslucht (kg [lucht] m" 3 ), C p = is de specifieke warmte van lucht (1004,82 J kg" 1 K" 1 ) T, T g»respectievelijk, de kasluchttemperatuur temperatuur van de binnzijde van het kasdek ( C). n.b. in combinatie van beide vergelijking valt p weg. OM c is 0 als Q g > Q De specifieke luchtvochtigheid (Q) is uit de temperatuur (T) RV te berek volgs (Deutscher Wetterdist): Q = 1000 x MH/( MH) met MH de mix-verhouding in g waterdamp per kg droge lucht MH = 1000 x 0,622 x VP/( 1013,246 - VP) VP = 0,01 x RV x SVP T met RV als de relatieve luchtvochtigheid (%) VP SVP de dampdruk verzadigingsdampdruk (mbar).

7 De temperatuur van de binnzijde van het kasdek (T g ) wordt baderd door: T g = Ti - (0, ,0129 x u) x (T, - T 0 ) met u als de windsnelheid (m s" 1 ) T 0 de temperatuur van de buitlucht. (Berekd op basis van gegevs van F. Kempkes) De specifieke luchtvochtigheid van de lucht in de grslaag teg het kasdek Q g wordt berekd uit de temperatuur van het glas (T g ) e RV van 100% (VP = SVP): Q g = 1000 x MH/( MH) met MH = 1000 x 0,622 x SVP/(1013,246 - SVP) SVP = C1 xexp(c2xt g /(C3 + T g )) C1 = 6,10780 mbar, C2 = 17,08085 C3 is 234,175 K Het verlies van vocht via vtilatie (0M V ) is afhankelijk van de mate van vtilatie het verschil in luchtvochtigheid tuss kaslucht buitlucht: cdm v = OV x p x (Qi - Q 0 ) OV = 1 x (4,8x ((e,,,xß,xexp(-ß l /c 2l )) x A r,/a k ) + ((c 1>w xß w xexp(-ß w /c 2,J) x A r W /A k )) xu p = p 20C x 293,2/(T +273,2) met OV als de kasvtilatie in m 3 m" 2 [grondopp] s"\ p het soortelijk gewicht van de kaslucht (kg [lucht] m" 3 ), p 20 c= 1,204 kg m" 3, Qi Q 0 de specifieke luchtvochtigheid van, respectievelijk, de kas- de buitlucht, ß is de opingshoek van de luchtram ( ), A r het oppervlak van de luchtram (m 2 ), c, c 2 constant (afhankelijk van het type luchtraam), de subscripts I w staan voor de luwe de windzijde, u is de windsnelheid (m s" 1 ) A k is het kasoppervlak (m 2 ). Voor kas 103 geldt: c,,= 0,00103, c 2, = 54,6, c 1w = 0,0012, c 2w = 211,1 (de Jong, 1990) A r '/A k = 0,065 ß = %oping/100 x 50 (100% = 50 )

8 RESULTATEN EN DISCUSSIE 3.1 TEMPERATUURINTEGRATIE De instelling voor de temperatuurintegratie regeling war: maximale afwijking temperatuursom: (+ -)168 graadur (= 7 graaddag) minimumtemperatuur 16 C maximumtemperatuur 25 C vtilatie 1 C bov de maximumtemperatuur Met deze instelling bleek dat de afwijking-temperatuursom binn e etmaal sterk kan variër. De consequtie is dat bij zonnig weer de berekde maximumtemperatuur gedurde de dag gestaag daalt, vanaf de avond weer oploopt teg de ochtd weer de ingestelde waarde bereikt. E dergelijk dagritme is ongewst. In feite zou e temperatuurstrategie (bepaling van minimum- maximumtemperatuur) voor e eits langere periode gekoz moet word. E oplossing werd gevond door de verandering van de afwijking-temperatuursom af te vlakk over één etmaal (1440 minut): D_temp_pri t = D_temp_pri t. 1 + afw/60 (del door 60 i.v.m. graadur) D_temp_som t = (Dtempsom,., x D_temp_pri t ) / 1440 Met deze regeling werd e rustig verloop van de minimum maximumtemperatuur verkreg waarbij koude dag met warme dag werd gecompseerd omgekeerd. Figuur 2 geeft het verloop van de gerealiseerde etmaaltemperatuur, minimumtemperatuur vtilatietemperatuur voor e periode van 60 dag (februari tot mei) dognummer 100 Figuur 1 - Het verloop van de gerealiseerde, maximum minimum temperatuur over 60 dag. 10

9 3.2 VOCHTREGELING Condsatie Figuur 3 toont de berekde vruchttemperatuur dauwpunttemperatuur van de kaslucht voor twee zomerse dag. Bij e snelle temperatuurstijging in de ochtd van de eerste dag baderde de dauwpunttemperatuur de vruchttemperatuur. Of er daadwerkelijk condsatie op de vrucht plaatsvond is niet waargom. Zowel de RV als het vochtdeficiet vertoond op dit momt ge extreme waarde (figur 4 5). Het regel op het verschil tuss de dauwpunttemperatuur de vruchttemperatuur lijkt dus e meer kritische methode om condsatie op het gewas te voorkom. Echter, e grondige validatie is nodig voordat de regeling in de praktijk kan word geïntroduceerd. O- E Figuur dognummer Het verloop van de gesimuleerde vruchttemperatuur de dauwpunttemperatuur van de kaslucht tijds twee zomerse dag. E 146 dognummer 146 dognummer Figuur 4 - Figuur 5 - Het verloop van de relatieve luchtvochtigheid van de kaslucht op twee zomerse dag. Het verloop van het vochtdeficiet van de kaslucht op twee zomerse dag. 11

10 3.2.2 Verdamping Berekde vochtafvoer door vtilatie condsatie werd apart zichtbaar gemaakt. Figuur 6 geeft het verloop van beide compont van de vochtafvoer gedurde twee zomerse dag. Globaal lijk de berekde waard te klopp met de verdamping die gedurde die dag verwacht mocht word. Ook hier geldt dat e grondige validatie, inclusief vergelijking met de aanvoer (verdamping) van waterdamp, nodig is alvors de gesimuleerde vochtafvoer gebruikt kan word in de regeling. E 146 dognummer 147 Vtilatie Condsatie Figuur 6 - Berekde vochtafvoer door vtilatie condsatie gedurde twee zomerse dag. 12

11 LITERATUUR Bailey, B.J. Seginer, I, Optimum control of grehouse heating. Acta Hort., 245: Bakker, J.C., Bos, L. van d, Ardz, A.J. Spaans, L, A distributed system for glasshouse climate control, data acquisition and analysis. Computers and Electronics in Agriculture, 3: 1-9. Jong, T. de, Natural vtilation of large multi-span grehouses. Proefschrift Landbouwuniversiteit Waging. Koning, A.N.M. de, Long-term temperature integration of tomato. Growth and developmt under alternating temperature regimes. Scitia Hort. 45: