On-line monitoring energie- en vochtstroom door schermkier J. Bontsema & R.J.C. van Ooteghem Rapport 313
On-line monitoring energie- en vochtstroom door schermkier J. Bontsema & R.J.C. van Ooteghem 1 1 Wageningen Universiteit, Meet-, regel- en systeemtechniek Wageningen UR Glastuinbouw, Wageningen December 29 Rapport 313
29 Wageningen, Wageningen UR Glastuinbouw Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Wageningen UR Glastuinbouw Wageningen UR Glastuinbouw Adres : Droevendaalsesteeg 1, 678 PB Wageningen : Postbus 16, 67 AA Wageningen Tel. : 317-48 6 1 Fax : 317-41 8 94 E-mail : glastuinbouw@wur.nl Internet : www.glastuinbouw.wur.nl
Inhoudsopgave pagina Voorwoord 1 Samenvatting 3 1 Inleiding 5 1.1 Doelstelling 5 2 Proefopzet 7 3 Kasklimaatmodel voor kas met schermen 9 3.1 Lay-out van de kas 9 3.2 Energiebalans van de kas 9 3.3 Testdata 13 3.4 Modelfit 14 4 Schatting van energiestroom door en langs het scherm 15 5 Test van de methode voor on-line bepaling energieverlies langs het scherm 17 6 Schermproef 25 7 Vochtstromen door schermkier 31 8 Discussie 37 8.1 Inleiding 37 8.2 Temperatuur 37 8.3 Vocht 38 8.4 Overige klimaatgrootheden 39 8.5 Enkele conclusies klimaatvergelijking 4 9 Conclusies 41 1 Referenties 43
1 Voorwoord Voor u ligt het eindrapport van het project On-line monitoring energie- en vochtstroom door schermkier. Dit project ligt in het verlengde van het project On-line schatting van het ventilatievoud in kassen. In dit rapport wordt beschreven hoe de in dat project ontwikkelde ventilatiemonitor uitgebreid wordt naar de situatie met schermen in een kas en hoe met deze aangepaste methode ook de energie- en vochtuitwisseling door en langs het scherm kan worden bepaald. Het project is gefinancierd door het Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit en het Productschap Tuinbouw in het kader van het energieonderzoek. Wij bedanken beide instanties voor deze ondersteuning. Dit onderzoek is uitgevoerd door: Dr. J. Bontsema, Wageningen UR Glastuinbouw. Dr. R.J.C. van Ooteghem, Wageningen Universiteit, leerstoelgroep Meet-, regel- en systeemtechniek. De experimenten zijn uitgevoerd bij JB Matricaria V.O.F., Venlo. Wij bedanken JB Matricaria en in het bijzonder Jaap van den Beukel voor de ondersteuning tijdens het onderzoek en voor het mogen gebruiken van de kasklimaatdata. Dr. J. Bontsema, projectleider Wageningen, december 29 Projectreferenties WUR Glastuinbouw projectnummer: 3242437 PT projectnummer: 13289 LNV-DK programma: BO-3-6 Energie in de beschermde teelten
2
3 Samenvatting In een eerder project On-line schatting van het ventilatievoud van kassen is een methode ontwikkeld en getest om uit diverse klimaatgegevens in en buiten een kas, zoals geregistreerd door de klimaatcomputer, on-line het ventilatievoud van de kas te bepalen. Deze on-line methode voor het schatten van het ventilatievoud, ook wel de ventilatiemonitor genoemd, is buiten het eerdere project, ook getest bij JB Matricaria in Venlo in de teelt van snijbloemen. JB Matricaria houdt zich actief bezig met ventileren, omdat ze graag een luchtstroom in de kas willen creëren om het microklimaat (vooral vocht) in het gewas te beïnvloeden, zowel in de situatie met als in de situatie zonder schermen. In periodes dat er niet geschermd werd heeft het gebruik van de ventilatiemonitor bij JB Matricaria geleid tot een zuiniger energiestrategie. Echter in periodes dat er veelvuldig werd geschermd, werkte de ventilatiemonitor niet, aangezien bij het gebruik van een scherm geventileerd wordt met de ruimte boven het scherm in plaats van met de buitenomgeving. Het gaat dus niet om het standaard ventilatievoud, waarmee de energie- en vochtuitwisseling met buiten wordt geregeld, maar om de energie- en vochtuitwisseling met de ruimte boven het scherm. De methode voor het schatten van het ventilatievoud, de ventilatiemonitor, is met succes uitgebreid naar de situatie met schermen. Hiervoor wordt een kas opgedeeld in twee compartimenten, de ruimte onder het scherm en de ruimte boven het scherm. Als de schermen volledig open zijn, dan houd je één compartiment over. De methode werkt goed ondanks de complicerende factor van de overgang van 1 naar 2 compartimenten en omgekeerd, want de orde van het filter, dat het ventilatievoud bepaalt wisselt van 2 naar 4 en omgekeerd. De nieuwe methode, de schermventilatiemonitor genoemd, bepaalt zonder gebruik van schermen, het gewone ventilatievoud als gevolg van ventileren met de ramen. Met schermen wordt het ventilatievoud van het compartiment boven de schermen bepaald en de luchtuitwisseling door en langs de schermen. De uitkomst is vergeleken met bestaande fysische modellen, om te bepalen of de nieuwe methode werkt. De methode is ontwikkeld en getest op 5 periodes van twee dagen. Verder is de methode getest op een periode van 6 dagen in november, waarbij verschillende vaste schermopeningen en combinaties van schermen zijn gebruikt. De nieuwe methode berekent de luchtuitwisseling (fluxen), de energiestromen en de vochtstromen door de ramen en door en langs de schermen. Uit de tests kunnen de volgende conclusies worden getrokken: 1. Aangetoond is dat de methodiek, zoals gebruikt voor de ventilatiemonitor, uitgebreid kan worden naar de on-line monitoring van de energie- en vochtstroom door de schermkier(en). 2. De methode werkt zowel voor enkele schermen, als voor de combinatie van schaduwscherm en energiescherm. 3. De kouval als gevolg van een schermkier wordt goed geschat. 4. Een schermkier veroorzaakt direct een verhoging van de buistemperatuur. Dit komt omdat de temperatuur van de kaslucht op een bepaalde waarde wordt gehouden. Een schermkier leidt dus tot een daadwerkelijk energieverlies. 5. Bij een schermsluiting tussen 9 en 95% is er nauwelijks sprake van energiebesparing. Pas als de sluiting meer is dan 95% is er sprake van energiebesparing. 6. De invloed van het schaduwscherm op de energiebesparing s nachts is zeer gering. 7. Het schaduwscherm heeft een negatieve invloed op ventilatie door de ramen. Dit wordt veroorzaakt doordat een schaduwscherm het bovenste compartiment van een kap afsluit van de compartimenten van de andere kappen. 8. Het ventilatievoudmodel van De Jong (199) kan niet gebruikt worden voor het compartiment boven het scherm. Vooral bij gebruik van een schaduwscherm klopt dit model helemaal niet meer, aangezien dit scherm dicht tegen het bovenste compartiment ligt. 9. In de schermproef in november geeft het volledig sluiten van het scherm geen overtuigende afname van de vochtflux. 1. De RV kan sterk fluctueren, maar het blijkt dat de absolute vochtconcentratie veel constanter is. 11. Bij gesloten schermen lijkt de raamstand weinig invloed te hebben op de vochtflux langs en door het scherm. 12. Ook in de zomer blijkt dat de invloed van de raamstand op de vochtflux door een schermkier gering is.
4 13. Uit een vergelijking tussen twee afdelingen blijkt dat het gebruik van een minimumbuis tot een hogere maar constantere RV leidt. 14. Bij de schermproef waar een behoorlijke schermkier wordt gebruikt wordt de RV lager, maar wordt er wel meer energie verbruikt om de temperatuur op de gewenste waarde te houden. 15. Bij een schermkier in het energiescherm wordt de luchttemperatuur boven het scherm hoger dan bij gesloten scherm. Het gebruik van het schaduwscherm in deze situatie lijkt geen invloed te hebben. 16. Bij gebruik van een schermkier gaat de RV boven het scherm op de RV van de kaslucht lijken, terwijl bij gesloten scherm de RV boven het scherm meer op de RV van de buitenlucht lijkt. De ontwikkelde methode zou gebruikt kunnen worden om de isolatiewaarde van energieschermen in de praktijk te toetsen. Hoewel de methode niet on-line is getest, is implementatie eenvoudig, zoals bij de in een vorig project ontwikkelde ventilatievoudmonitor.
5 1 Inleiding In het afgelopen jaar is in opdracht voor en bij JB Matricaria de ventilatiemonitor getest in de teelt van snijbloemen. In perioden dat er niet geschermd werd heeft het gebruik van deze monitor geleid tot een zuiniger energiestrategie. Echter in de periode dat er wel werd geschermd, heeft de tuinder aangegeven dat hij niets aan de ventilatiemonitor had om zuinig met energie om te gaan, want bij het gebruik van een scherm ventileer je niet met de buitenomgeving, maar met de ruimte boven het scherm. Het gaat dus niet om het standaard ventilatievoud, maar om de energie- en vochtstroom met de ruimte boven het scherm. JB Matricaria houdt zich actief bezig met ventileren, omdat ze graag een luchtstroom in de kas willen creëren om het microklimaat (vooral vocht) in het gewas te beïnvloeden. 1.1 Doelstelling Technische doelstellingen De huidige methodiek voor het on-line monitoren van het ventilatievoud uitbreiden naar de on-line monitoring van de energie- en vochtstroom door de schermkier. Relatie tussen schermkieren en de luchtvochtigheid in het gewas. Project levert een methodiek (hulpmiddel) waarmee de tuinder energiezuinig met zijn schermkier om kan gaan. Methodiek moet generiek zijn, d.w.z. methode werkt voor meerdere compartimenten boven elkaar. Methodiek moet generiek zijn voor gebruikt in verschillende bedrijven, vooral voor verschillende in de praktijk toegepaste schermen. Methode is eenvoudig te implementeren in huidige ICT infrastructuur (klimaatcomputer en LetsGrow Live). Energiedoelstellingen Onderzoek levert een directe bijdrage aan de energiedoelstellingen, door een methode te ontwikkelen, die tot een energie zuiniger gebruik van de schermkier zal leiden. Methode kan leiden tot een betere kwaliteit van het eindproduct (houdbaarheid van de snijbloem). Relevante doelgroep is de grondgebonden snijbloementeelt. Toepassingen van de methode is afhankelijk van de wil van toeleveranciers om methodiek te implementeren. Nevendoelstellingen Methode kan leiden tot een betere kwaliteit van het eindproduct (houdbaarheid van de snijbloem). In hoofdstuk 2 wordt de proefopzet beschreven. Hoofdstuk 3 beschrijft een kasklimaatmodel voor een kas met schermen, beschrijft de gebruikte testdata en laat zien hoe goed het gebruikte kasklimaatmodel is. In hoofdstuk 4 wordt de nieuwe methode voor het bepalen van de energie- en vochtstroom door een schermkier beschreven. Hoofdstuk 5 geeft de test van de schermventilatiemonitor en in hoofdstuk 6 worden de resultaten van een schermproef beschreven, in dit geval zijn de schermstanden door de teler handmatig ingevoerd. Hoofdstuk 7 laat de resultaten zien van het bepalen van de vochtstroom door een schermkier en de conclusies van het onderzoek zijn weergegeven in hoofdstuk 8.
6
7 2 Proefopzet Het onderzoek is uitgevoerd bij JB Matricaria in Venlo. JB Matricaria is een bedrijf met 5 ha glas en houdt zich jaarrond bezig met de teelt van Matricaria, zie Figuur 2.1. Het onderzoek is uitgevoerd in afdeling 7 van het bedrijf. Figuur 2.1. De teelt van Matricaria. De kasklimaatdata zijn verzameld via LetsGrow, zie Figuur 2.2. De aldus verkregen data zijn eenvoudig in de vorm van een Excel-bestand te exporteren en daarna geschikt voor het in dit onderzoek gebruikt pakket Matlab. Om de proef te kunnen uitvoeren is er in afdeling 7 ook een meetbox boven de schermen geplaatst.
8 Figuur 2.2. Klimaatdata in LetsGrow (de lichtblauwe en lichtgroene lijn liggen op elkaar). In sommige periodes zijn in afdeling 7 ook draadloze sensoren voor temperatuur en relatieve luchtvochtigheid gebruikt; in Figuur 2.2 zijn dit de donkergroene en de gele lijn (RV boven, resp. in het gewas). Echter gedurende de zogenaamde schermproef bleek het systeem met de draadloze sensoren uitgevallen te zijn. Om de energiestroom door en langs de schermen te bepalen, wordt een soortgelijke methode als voor de ventilatiemonitor (Van Henten et al., 26) gebruikt. Voor deze methode zijn dynamische energiebalansen (modellen) nodig (zie hoofdstuk 3). Om deze modellen te controleren worden deze getest op klimaatdata van een aantal perioden. In deze modellen wordt dan gebruik gemaakt van het ventilatiemodel van De Jong (De Jong, 199) en van een model voor de energiestroom door en langs het scherm van Wang (Wang et al., 1999). De controle richt zich er vooral op of de modellen overeenkomst vertonen met de gemeten data. Een perfecte fit realiseren is niet gewenst, omdat de modellen van De Jong en Wang ook niet perfect zijn. Vervolgens worden de energiebalansen gebruikt om het ventilatievoud (bij gesloten schermen dus) te bepalen van het bovenste compartiment en de energiestroom door en langs het scherm. Uiteindelijk is de teler gevraagd om van 27 november tot 2 december 28, een koude periode, een bepaalde schermstand in te stellen en voor deze situatie zijn zowel de energie- als de vochtstromen door en langs de schermen bepaald.
9 3 Kasklimaatmodel voor kas met schermen 3.1 Lay-out van de kas In het kasmodel wordt uitgegaan van verwarming door een verwarmingssysteem en de zonnestraling, en koeling door het openen van ramen. De straling kan beperkt worden door het sluiten van een schaduwscherm. Het warmteverlies naar de buitenlucht kan beperkt worden door het sluiten van een energiescherm. In Figuur 3.1 wordt een schematische beschrijving gegeven van de lay-out van de kas. Figuur 3.1. Schematische lay-out van een kas. 3.2 Energiebalans van de kas In de kas zijn verschillende energiestromen te benoemen, bijvoorbeeld het warmteverlies door ventilatie, of de hoeveelheid warmte die door de verwarming wordt toegevoerd. Als alle energiestromen met elkaar in balans zijn, dan is de temperatuur constant. Als de energiestromen niet in balans zijn, dan zal de temperatuur in de kas veranderen. De gebruikte termen worden beschreven in Tabel 3.1.
1 Tabel 3.1. Gebruikte termen. Beschrijving Eenheid Symbool raamopening windzijde -1 Ap lsd raamopening lijzijde -1 Ap wsd schermsluiting energiescherm -1 Cl sc_e schermsluiting schaduwscherm -1 Cl sc_s zonnestraling W/m 2 I o temperatuur lucht onder de schermen C T a temperatuur lucht boven de schermen C T as temperatuur lucht buiten C T o temperatuur verwarmingspijp C T p windsnelheid lucht buiten m/s v o In Tabel 3.2 worden de verschillende energiestromen toegelicht. Tabel 3.2. Energiestromen (W/m 2 ). Beschrijving Oorzaak Symbool energiestroom door convectie tussen lucht boven en lucht onder de schermen convectie Q a_as energiestroom door ventilatie tussen lucht boven en lucht onder de schermen ventilatie Q a_as energiestroom naar temperatuur lucht onder de schermen straling Q I_a energiestroom naar temperatuur lucht boven de schermen straling Q I_as energiestroom door convectie tussen lucht buiten en lucht boven de schermen convectie Q o_as energiestroom door ventilatie tussen lucht buiten en lucht boven de schermen ventilatie Q as_o energiestroom tussen verwarmingspijp en lucht onder de schermen convectie Q p_a energiestroom tussen lucht onder de schermen en bodem convectie Q a_s De verschillende energiestromen worden in Figuur 3.2 aangegeven.
11 Figuur 3.2. Energiestromen in de kas. Voor een kas zonder schermen is de energiebalans zeer eenvoudig. Er wordt aangenomen dat de kaslucht in de gehele kas dezelfde temperatuur heeft (ideaal geroerd), waardoor geldt dat de temperatuur bovenin en onderin de kas gelijk aan elkaar zijn ( T T ). De energiebalans van de lucht in de kas wordt dan beschreven met: as a (3.1) de dt c V V dt a a p _ a a as a QI _ a Qo _ as Qas _ o Q p _ a (K/m 2 s) As dt waarin E a de hoeveelheid opgeslagen warmte in de kaslucht is, en HC a HC as ac p a V a Vas As _ de warmtecapaciteit van de totale hoeveelheid kaslucht. Als de schermen geheel of gedeeltelijk gesloten zijn, dan kunnen we niet meer veronderstellen dat de temperatuur boven en onder de schermen gelijk aan elkaar zijn. Voor een kas met schermen worden daarom twee temperaturen gebruikt. Er wordt energie uitgewisseld tussen de lucht boven en onder de schermen door convectie door de schermen (Q a_as ) en door ventilatie langs de schermkier (Q a_as ). De energiebalans van de lucht in de kas onder en boven de schermen wordt dan beschreven met: (3.2) de ac a p _ av a dt a Q dt A dt de ac as p _ av dt A s s as a _ as dt as Q dt a _ as Q Q a _ as a _ as Q Q I _ a I _ as Q p _ a Q Q o _ as a _ s Q as _ o (K/m 2 s) Voor een gedetailleerde beschrijven van dergelijke energiestromen zie Van Ooteghem (27). De energiestromen Q zijn gedefinieerd per m 2 kasoppervlak (A s ). Het temperatuurverschil tussen de lucht onder en boven het scherm kan, als de schermen gesloten zijn, oplopen tot ca. 1 C en zelf nog hoger. Als alle schermen weer 1% geopend zijn, dan wordt er overgegaan van het model
12 volgens vergelijking (3.2) (2 temperaturen) naar het model voor de kas zonder schermen volgens vergelijking (3.1) (1 temperatuur). Als de schermen worden geopend, dan wordt de lucht boven het scherm gemengd met de lucht onder het scherm. De temperatuur van de gemengde lucht T a ligt dan tussen de temperatuur boven (T as ) en onder (T a ) het scherm. Er wordt aangenomen dat de lucht boven en onder de schermen op het moment van de overgang van gesloten naar open schermen momentaan ideaal geroerd wordt. Aangezien het luchtvolume V as boven het scherm ongeveer 1% is van het luchtvolume V a onder het scherm, zal de temperatuur T a over het algemeen dichter bij de temperatuur T a (onder het scherm) liggen dan bij de temperatuur T as (boven het scherm). In het model met schermen wordt dus nadat de schermen geopend zijn, gerekend met één differentiaalvergelijking voor de temperatuur, waarbij geldt dat de temperatuur onder en boven het scherm gelijk aan elkaar zijn (dus T T ). as a
13 3.3 Testdata Om de methode te testen zijn uit verschillende perioden testdata verzameld. Hier wordt set van twee dagen in juni weergegeven. 3 6 T a, T as ( C) 2 1 12 24 36 48 T pu, T pl, T o ( C) 4 2 12 24 36 48 Ap lsd, Ap wsd (..1) 1.5 12 24 36 48 I o (W/m 2 ) 1 5 12 24 36 48 v o (m/s) 6 4 2 12 24 36 48 tijd (u) Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 3.3. Klimaatdata voor modeltest: dataset 17 6 28 18 6 28. Van linksboven tot rechtsonder: kastemperatuur (T a ), temperatuur boven het scherm (T as ); buitentemperatuur (T o ), temperatuur bovennet (T pu ), temperatuur ondernet (T pl ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ); straling (I o ); windsnelheid (v o ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ). In dit geval is het bovennet de hoofdverwarming. Deze periode heeft een hoge zonnestraling, de eerste dag is bijna windstil, en de buitentemperatuur varieert van 7 tot 22 C. Overdag wordt het schaduwscherm bijna volledig gesloten, en ook het energiescherm wordt overdag gebruikt op de eerste dag. s Nachts wordt het energiescherm gesloten. De ramen worden vooral overdag gebruikt. s Nachts wordt er op de windzijde geventileerd met een raamopening van ongeveer 2%.
14 3.4 Modelfit Met de data uit bovenstaande sectie 3.3 zijn de modellen, beschreven door vergelijkingen (3.1) en (3.2) gesimuleerd. De resultaten van deze simulatie zijn weergegeven in Figuur 3.4. 3 temperatuur ( C) 25 2 15 1 T a T a_sim T as T as_sim 5 12 24 36 48 scherm (..1) 1.5 Cl sc_e Cl sc_s 12 24 36 48 straling (W/m 2 ) 15 1 5 12 24 36 48 tijd (u) I o Figuur 3.4. Simulatieresultaten: dataset 17 6 28 18 6 28. Van boven naar beneden: kastemperatuur (T a ), gesimuleerde kastemperatuur (T a_sim ), temperatuur boven het scherm (T as ), gesimuleerde temperatuur boven het scherm (T as_sim ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ); straling (I o ). Uit bovenstaand figuur is te zien dat de energiebalansen de temperatuur in de kas en boven het scherm redelijk kunnen voorspellen. De kastemperatuur wordt iets beter voorspeld dan de temperatuur boven het scherm. Vooral op de tweede dag is de voorspelling van de temperatuur boven het scherm minder goed. Dit wordt vermoedelijk veroorzaakt doordat er op die dag meer wind is en dus meer ventilatie en het ventilatiemodel van De Jong in de situatie met schaduwscherm niet valide is. Op dezelfde manier is het model getest op nog eens 4 perioden van 2 dagen, met soortgelijke uitkomsten.
15 4 Schatting van energiestroom door en langs het scherm De methode om de energiestroom door en langs het scherm on-line te kunnen bepalen is gebaseerd op de methode zoals gebruikt voor de ventilatiemonitor (Van Henten et al., 26; Medema & Bontsema, 27a, 27b; Arkesteijn et al., 25, 27). De theoretische onderbouwing is te vinden in Bontsema et al. (28, 27). Om de energiestroom door en langs het scherm te kunnen bepalen, moet tegelijkertijd het ventilatievoud worden bepaald voor het compartiment boven het scherm. Als de schermen geopend zijn, is er natuurlijk geen energiestroom door en langs het scherm en zal de methode het normale ventilatievoud voor de kas bepalen. Bij (gedeeltelijk) gesloten schermen krijgen we twee energiebalansen, één voor het compartiment onder het scherm en één voor het compartiment boven het scherm. Deze energiebalansen kunnen worden weergegeven als twee weegschalen, zoals weegegeven in Figuur 4.1. Figuur 4.1. De energiebalans voor het compartiment onder het scherm (links) en de energiebalans voor het compartiment boven het scherm (rechts). Op de linker weegschaal in Figuur 4.1 staat de energiebalans voor het compartiment onder het scherm. Links op de weegschaal staat de toegevoerde energie aan dit compartiment, namelijk de energie van de verwarmingsbuizen en het deel van de straling dat door het scherm en de schermkier komt. Rechts op deze weegschaal staat de afgevoerde energie, samen met de energieopslag. De afgevoerde energie bestaat voor dit onderste compartiment uit energieverlies naar de bodem, en de energieverliezen door het scherm en de schermkier. Op de rechter weegschaal in Figuur 4.1 wordt de situatie voor het deel van de kas boven het scherm weergegeven. Links op deze weegschaal staat de toegevoerde energie. In dit geval is dat de energie, die door en langs het scherm vanuit het onderste compartiment komt en de straling door het kasdek. Rechts op deze weegschaal staat de energieopslag in het bovenste compartiment van de kas en de energieverliezen door het dek en door de ventilatieramen. De energieopslag is in beide gevallen het verschil tussen toegevoerde en afgevoerde energie en deze bepaalt de stijging of daling van de temperatuur. Natuurkundig zijn beide weegschalen altijd in balans. Omdat we er vanuit gaan dat we het energieverlies langs het scherm en het energieverlies door ventilatie niet kennen we willen deze immers bepalen krijgen de situatie als in Figuur 4.2. Figuur 4.2. De energiebalansen uit evenwicht door onbekende energieflux langs het scherm en onbekende ventilatieflux door de ramen.
16 Door nu op beide weegschalen net zo langs te spelen met energieverlies langs het scherm en het energieverlies door ventilatie, totdat beide weegschalen tegelijkertijd in evenwicht zijn, kunnen deze beide onbekende energieverliezen worden bepaald. In werkelijkheid wordt hiervoor een techniek uit de meet- en regeltechniek gebruikt, zodat het proces van het bepalen van genoemde energieverliezen volledig geautomatiseerd wordt. De techniek is gebaseerd op de theorie van de unknown input observer (UIO), zie Bontsema et al. (27). De situatie hier is gecompliceerder dan voor de ventilatiemonitor. Bij de ventilatiemonitor was er één (dynamische) energiebalans en hier zijn er twee. De orde van de bijbehorende zogenaamde unknown input observer gaat daardoor van 2 naar 4, wat leidt tot 8 in plaats van 2 in te stellen parameters van de observer. De methode bepaalt dus de energiestroom langs het scherm en het energieverlies door ventilatie. Uit de energiestroom langs het scherm kan de schermflux worden bepaald, de luchtstroom door de schermkier. De energiestroom langs het scherm is evenredig met het product van de schermflux en het temperatuurverschil tussen boven en onder het scherm. Als de energiestroom langs het scherm berekend is, dan kan de schermflux worden berekend door de energiestroom te delen door het temperatuurverschil en de uitkomst met een constante te vermenigvuldigen. Op soortgelijke manier kan de ventilatieflux uit het energieverlies door ventilatie en het temperatuurverschil tussen binnen en buiten worden bepaald.
17 5 Test van de methode voor on-line bepaling energieverlies langs het scherm De methode, resulterend in een ventilatiemonitor en een schermventilatiemonitor, zoals beschreven in hoofdstuk 4, is toegepast op de testdata, weergegeven in hoofdstuk 3, sectie 3.3. De resultaten voor de schermflux en het energieverlies zijn weergegeven in Figuur 5.1. a_as (m/s).1 -.1 UIO model Wang et al. 12 24 36 48 Q a_as 15 1 5 12 24 36 48 T a -T as ( C) Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 6 4 2-2 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.1. Test monitor schermflux, met van boven naar beneden: schermflux ( a_as, nieuwe methode, model Wang ); energieverlies door en langs het scherm (Q a_as ); temperatuurverschil tussen onder en boven de schermen (T a T as ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ). Het weergegeven temperatuurverschil tussen onder en boven de schermen is een gefilterde versie. De pieken in de bovenste twee plaatjes zijn het gevolg van de aanname dat de schermflux nul is als de schermen helemaal open zijn. Dit volgt uit de aanname dat de lucht ideaal gemengd is: de temperatuur boven en onder de schermen is gelijk aan elkaar; er vindt geen energie-uitwisseling plaats, en de schermflux is dus gelijk aan nul. Bij het openen en sluiten van
18 de schermen gaan de temperaturen van elkaar afwijken, en bij lage temperatuurverschillen levert dit pieken in de schermflux. Het dynamisch gedrag van de schermventilatiemonitor en van het model van Wang komen goed overeen. Het model van Wang overschat vermoedelijk de schermflux, vooral bij openen en sluiten van de schermen. Het model van Wang is niet gemaakt voor een kas met schermen, en wordt hier slechts gebruikt voor het vergelijken van de dynamica. In Figuur 5.2 zijn de resultaten van het bepalen van de ventilatieflux met de nieuwe methode weergegeven. as_o (m/s).6.4 UIO.2 model De Jong -.2 12 24 36 48 15 Q as_o 1 5 12 24 36 48 T as -T o ( C) Ap lsd, Ap wsd (..1) Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 6 4 2-2 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.2. Test ventilatiemonitor, met van boven naar beneden: ventilatieflux ( as_o, nieuwe methode, model De Jong ); energieverlies door ventilatie (Q as_o ); temperatuurverschil tussen onder en boven de schermen (T a T as ), raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ).
19 Er blijkt nogal wat verschil te zitten in de ventilatieflux van de ventilatiemonitor en van het model van De Jong, vooral op de tweede dag. Dit kan eenvoudig verklaard worden uit het feit dat het model van De Jong geen rekening houdt met het gebruik van schermen. Het temperatuurverschil tussen binnen en buiten (T as -T o ) is op beide dagen ongeveer even groot, en er is weinig verschil in de raamopening (Ap lsd en Ap wsd ). Wel is er op dag 2 veel meer wind dan op dag 1 (zie Figuur 3.3). Als de ventilatieflux zo groot zou zijn als het model van De Jong suggereert, dan zou de temperatuur boven het scherm (T as ) t.g.v. de koudere buitentemperatuur (T o ) moeten dalen, en dat gebeurt volgens de gemeten waarden niet. Het is dus aannemelijk dat hier de uitkomst van de nieuwe methode correct is, en de uitkomst van het model van De Jong niet. Zeker bij het (bijna) geheel sluiten van de schermen zal het model van De Jong het ventilatievoud overschatten, omdat in een kas zonder schermen meer trek optreedt, terwijl in een kas met schermen er alleen uitwisseling via een klein compartiment kan plaatsvinden; zie Figuur 5.3. Figuur 5.3. Situatie van ventileren zonder en met schermen. Met de nieuwe methode is ervoor gekozen om het energieverlies door en langs het scherm gezamenlijk te bepalen in de berekening. Het energieverlies door het scherm is evenredig met het verschil in temperatuur onder en boven het scherm. De evenredigheidsparameter is afhankelijk van de isolatiewaarde van de schermen en de schermsluiting. In Figuur 5.4 is het energieverlies gegeven langs het scherm (dus door de schermkier) en door het scherm.
2 15 Q a_as 1 5 12 24 36 48 5 Q a_as -5 12 24 36 48 Q a_as +Q a_as Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 15 1 5 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.4. Energieverlies langs en door de schermen, met van boven naar beneden: energieverlies langs de schermen (Q a_as ); energieverlies door de schermen (Q a_as ); totaal energieverlies langs en door de schermen (Q a_as +Q a_as ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ). Uit Figuur 5.4 is op te maken dat de hoeveelheid energie door het scherm Q a_as zeer klein is t.o.v. de energie langs het scherm Q a_as. Als het energiescherm s nachts 1% gesloten is, dan is er een energie-uitwisseling van ca. 4 W/m 2 door het scherm en 15-25 W/m 2 lek langs het gesloten scherm. Overdag worden op dag 1 beide schermen gebruikt, en op dag 2 alleen het schaduwscherm. De temperatuur T as boven de schermen wordt dan overdag hoger dan de temperatuur T a onder de schermen, resulterend in een negatieve energiestroom Q a_as. Het geheel sluiten van het schaduwscherm op dag 2 geeft een lek van 2 W/m 2 langs het scherm. Bij de overgang van open naar dicht en van dicht naar open overdag ontstaan pieken van 8 tot 17 W/m 2 in de energie-uitwisseling. Door het sluiten van schermen overdag daalt de temperatuur T a onder het scherm en stijgt de temperatuur T as boven het scherm. Dit komt tot uitdrukking in een piek in de energie Q a_as. Dit is echter geen energieverlies van onder het scherm naar boven het scherm, maar het gevolg van minder zonnestraling in het onderste compartiment. Bij het openen van de schermen overdag wordt de warmere lucht boven de schermen T as gemengd met de lucht T a onder de schermen. Door het openen van de schermen daalt de temperatuur T a. en er wordt een positieve energie Q a_as gevonden (energie die gaat van T a naar T as ). Dit is het gevolg van de energie van de geflecteerde zonnestraling Q I_as die wegvalt op het moment dat de schermen geopend worden, waardoor T as sterk daalt. De kouval bij het openen van het energiescherm s ochtends blijkt relatief klein te zijn: van 3 naar 5 W/m 2 op dag 1 en van 2 naar 3 W/m 2 op dag 2.
21 In Figuur 5.5 is de uitgewisselde energie langs het scherm Q a_as volgens de schermventilatiemonitor en volgens het model van Wang gegeven. Hieruit blijkt dat de lek langs het energiescherm s nachts goed overeen komt. 3 25 2 Q a_as 15 1 5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.5. Uitgewisselde energie langs de schermen (Q a_as ), volgens de schermventilatiemonitor ( ) en volgens Wang ( ), dataset 17 6 28 18 6 28. In Figuur 5.6 is de uitgewisselde energie door ventilatie Q as_o volgens de ventilatiemonitor en volgens het model van De Jong gegeven. Het verschil op dag 2 is bij Figuur 5.2 reeds toegelicht. De Jong heeft s nachts geen ventilatieflux ( W/m 2 ) en de ventilatiemonitor berekent 15-35 W/m 2. Aangezien de ramen op dat moment geopend zijn, is het onwaarschijnlijk dat de ventilatieflux nul is. 4 3 Q as_o 2 1 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.6. Uitgewisselde energie door ventilatie (Q as_o ), volgens de ventilatiemonitor ( ) en volgens De Jong ( ), dataset 17 6 28 18 6 28.
22 De verschillende energiestromen zullen nu nader bestudeerd worden. 2 Q a_as 1 12 24 36 48 4 Q a_as 2-2 12 24 36 48 1 Q I_a 5 12 24 36 48 15 Q I_as 1 5 12 24 36 48 Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.7. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) langs de schermen (Q a_as ); uitgewisselde energie door de schermen (Q a_as ); energie toegevoerd door de zonnestraling aan de lucht onder de schermen (Q I_a ); energie toegevoerd door de zonnestraling aan de lucht boven de schermen (Q I_as ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 17 6 28 18 6 28. In Figuur 5.7 is te zien dat de zonnestraling Q I_a die de lucht onder de schermen verwarmd, wordt tegengehouden als de schermen overdag gesloten worden. De zonnestraling Q I_as die de lucht boven de schermen verwarmt, wordt op die tijdstippen groter door de gereflecteerde zonnestraling.
23 2 Q as_o 1 12 24 36 48 Q o_as -2-4 12 24 36 48 4 Q p_a 2 12 24 36 48 Q a_s -2-4 12 24 36 48 Ap lsd, Ap wsd (..1) 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.8. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) door de ramen (Q as_o ); uitgewisselde energie door het kasdek (Q o_as ); energie toegevoerd door de verwarming (Q p_a ); energie uitgewisseld met de bodem (Q a_s ); raamopeningen lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ), dataset 17 6 28 18 6 28. Overdag zijn de ramen aan lijzijde en windzijde resp. 8% en 1% geopend. Dit geeft een energieverlies door de ramen van ca. 15 W/m 2. s Nachts is dit, met en een raamopening aan de windzijde van 3%, ca. 3 W/m 2. Het energieverlies door het kasdek is s nachts, met gesloten schermen, slechts 5-1 W/m 2. Overdag loopt dit energieverlies op tot 4 W/m 2. Dit energieverlies is evenredig met het temperatuurverschil tussen buiten en binnen (T o -T as ). De toegevoerde energie door het verwarmingssysteem is s nachts hoger dan overdag, aangezien dan op een hogere temperatuur gestookt wordt (zie ook Figuur 3.3). Deze energietoevoer varieert van 5 W/m 2 overdag tot 45 W/m 2 s nachts. De energie-uitwisseling met de bodem hangt sterk samen met de schermsluiting: als de schermen gesloten zijn, dan geeft de bodem warmte af aan de lucht.
24 In Figuur 5.9 staan de temperaturen van de lucht en de bodem. Hierin is goed te zien dat de temperatuur van de bodem oploopt als de schermen geopend zijn. 4 35 3 T a, T s 25 2 15 1 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 5.9. Temperatuur lucht onder de schermen (T a ) en temperatuur bodem (T s ), dataset 17 6 28 18 6 28.
25 6 Schermproef De nieuwe methode (ventilatie- en schermventilatiemonitor) is getest op een andere dataset, de schermproef, waarvan de informatie wordt getoond in Figuur 6.1. 2 8 T a, T as ( C) 1 24 48 72 96 12 144 T pu, T pl, T o ( C) 6 4 2 24 48 72 96 12 144 Ap lsd, Ap wsd (..1) 1.5 24 48 72 96 12 144 I o (W/m 2 ) 1 5 24 48 72 96 12 144 v o (m/s) 6 4 2 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 6.1. Klimaatdata, dataset 27 11 28 2 12 28. Van linksboven tot rechtsonder: kastemperatuur (T a ), temperatuur boven het scherm (T as ); buitentemperatuur (T o ), temperatuur bovennet (T pu ), temperatuur ondernet (T pl ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ); straling (I o ); windsnelheid (v o ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ).
26 In Figuur 6.2 is de schermsluiting uitvergroot gegeven. 1.5 1 Cl sc_e, Cl sc_s (..1).95.9.85.8 12 24 36 48 6 72 84 96 18 12 132 144 tijd (u) Figuur 6.2. Schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28. De precieze strategie van de schermsluiting is weergegeven in Tabel 6.1. Tabel 6.1. Schermstrategieën tijdens de schermproef. Nacht Schaduwscherm Cl sc_s Energiescherm Cl sc_e 1 helemaal open Cl sc_s = patroon 9% / 95% / 9% Cl sc_e =.9/.95/.9 2 helemaal open Cl sc_s = gesloten 95% Cl sc_e =.95 3 helemaal open Cl sc_s = patroon 95% / 1% / 95% Cl sc_e =.95/1/.95 4 gesloten 95% Cl sc_s =.95 patroon 9% / 95% / 9% Cl sc_e =.9/.95/.9 5 helemaal gesloten Cl sc_s = 1 helemaal gesloten Cl sc_e = 1
27 In Figuur 6.3 is te zien dat ook hier de energie-uitwisseling langs de schermen volgens het model van Wang (rood gestreept) goed overeen komt met de uitkomsten van de nieuwe methode (blauw). De energiestromen Q I_a en Q I_as die samenhangen met de zonnestraling zijn relatief klein, aangezien er op de betreffende dagen weinig zonnestraling was. 2 Q a_as 1 24 48 72 96 12 144 15 Q a_as 1 5 24 48 72 96 12 144 4 Q I_a 2 24 48 72 96 12 144 1 Q I_as 5 24 48 72 96 12 144 Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 6.3. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) langs de schermen (Q a_as ), volgens de schermventilatiemonitor ( ) en volgens Wang ( ); uitgewisselde energie door de schermen (Q a_as ); energie toegevoerd door de zonnestraling aan de lucht onder de schermen (Q I_a ); energie toegevoerd door de zonnestraling aan de lucht boven de schermen (Q I_as ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28.
28 In Figuur 6.4 zijn de energiestromen langs en door de schermen vergroot weergegeven. De energiestroom langs het scherm Q a_as varieert bij gesloten schermen van 45 tot 14.5 W/m 2 (beide schermen 1% dicht). Een schermsluiting van 9% van het energiescherm geeft een energiestroom langs het scherm van 3 W/m 2 en een schermsluiting van 95% geeft een energiestroom van 35 W/m 2. Het verschil in energiestroom door het scherm (ca. 2 W/m 2 ) bij een verandering in de schermsluiting van 9% naar 95% is nihil. Bij een verandering van 95% naar 1% stijgt de energiestroom door het scherm van 2 W/m 2 naar 4 W/m 2. Het geheel sluiten van beide schermen verhoogt deze verder naar 11 W/m 2. 6 Q a_as 4 2 24 48 72 96 12 144 15 Q a_as 1 5 24 48 72 96 12 144 Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 1.95.9.85 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 6.4. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) langs de schermen (Q a_as ); uitgewisselde energie door de schermen (Q a_as ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28. In Figuur 6.5 is te zien dat de energie-uitwisseling door ventilatie volgens het model van De Jong (rood gestreept) en de ventilatiemonitor (blauw) een groot verschil vertonen. Dit komt doordat de schermen vrijwel de hele periode gesloten zijn, waardoor het model van De Jong onjuiste resultaten geeft (zie ook Figuur 5.3). Verder zijn de ramen slechts weinig geopend, wat een kleine ventilatieflux en dus een kleine energie-uitwisseling tot gevolg heeft. De schermen zorgen voor een lager verlies naar buiten via het kasdek Q o_as : dit verlies is slechts 15 W/m 2 als beide schermen s nachts gesloten zijn. Overdag loopt dit energieverlies bij geopende schermen op tot 8 W/m 2. De energietoevoer door het verwarmingsstelsel Q p_a is hoofdzakelijk het gevolg van de temperatuur van het bovennet T pu. Het stoken gebeurt voornamelijk s nachts, als de schermen gesloten zijn. Als de schermen geopend zijn, dan loopt de temperatuur van de bodem op, wat zorgt voor een negatieve uitwisseling tussen lucht en bodem (dus de bodem warmt de lucht op).
29 Q as_o 6 4 2-2 24 48 72 96 12 144-2 Q o_as -4-6 24 48 72 96 12 144 4 Q p_a 2 24 48 72 96 12 144 Q a_s -5-1 -15 24 48 72 96 12 144 Ap lsd, Ap wsd (..1) 1.5 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 6.5. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) door ventilatie (Q as_o ), volgens de ventilatiemonitor ( ) en volgens De Jong ( ); uitgewisselde energie door het kasdek (Q o_as ); energie toegevoerd door de verwarming (Q p_a ); energie uitgewisseld met de bodem (Q a_s ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ), dataset 27 11 28 2 12 28.
3 In Figuur 6.6 wordt de energie-uitwisseling langs het scherm vergeleken met de door de verwarming toegevoerde energie aan de kas. 6 Q a_as 4 2 24 48 72 96 12 144 5 Q p_a 4 3 2 24 48 72 96 12 144 Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 1.95.9.85 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 6.6. Van boven naar beneden: uitgewisselde energie (W/m 2 ) langs de schermen (Q a_as ); energie toegevoerd door de verwarming (Q p_a ); schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28. In Figuur 6.6 is te zien dat er een duidelijk verband is tussen het energieverlies Q a_as langs de schermen en de toegevoerde warmte Q p_a door het verwarmingssysteem. Het energieverlies wordt direct gecompenseerd door harder te gaan stoken om de kastemperatuur (onder de schermen) constant te houden. Dit geeft dus ook duidelijk aan dat het sluiten van de schermen zorgt voor een veel kleiner energieverlies.
31 7 Vochtstromen door schermkier Als we weten hoeveel lucht er wordt uitgewisseld tussen de kas en buiten (ventilatieflux),en tussen onder en boven het scherm (schermflux), dan kan hieruit ook de uitgewisselde hoeveelheid vocht, de vochtflux, bepaald worden. Deze vochtfluxen worden zowel bepaald voor de data van de schermproef uit hoofdstuk 6 als voor de data uit sectie 3.3. Uit de gemeten relatieve luchtvochtigheid RH kan samen met de temperatuur T van de lucht de concentratie vocht in de lucht C H2O bepaald worden. De concentratie C H2O bij een relatieve luchtvochtigheid RH is: RH C H2O H2O_sat 1 C (kg/m 3 ), met een maximale concentratie (bij verzadiging): 17.885 T 273.15 234.175 T 273.15 18 C H2O_sat 61.78 e (kg/m 3 ) 8314 T Met het uitwisselen van lucht wordt vocht uitgewisseld. Deze uitwisseling wordt bepaald door het concentratieverschil en de luchtflux. De vochtflux tussen het deel van de kas onder het scherm en het compartiment boven het scherm wordt berekend met Ha _ as a _ as C a_h2o C as_h2o (kg/s/m 2 ), en de vochtflux tussen het compartiment boven het scherm en de buitenlucht wordt berekend met Has _ o as _ o C as_h2o C o_h2o (kg/s/m 2 ). Hierin is a_as de schermflux (de som van de fluxen langs en door het scherm) en as_o is de ventilatieflux. In Figuur 7.1 wordt de relatieve luchtvochtigheid RH en de vochtconcentratie C H2O gegeven voor de data van de schermproef. Hierin is duidelijk te zien dat vooral het concentratieverschil tussen onder en boven het scherm sterk fluctueert. 1 9 RH (%) 8 7 6 5 24 48 72 96 12 144 RH a RH as RH o 15 C H2O (g/m 3 ) 1 5 C a_h2o C as_h2o C o_h2o 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 7.1. Van boven naar beneden: gemeten relatieve luchtvochtigheid (RH) boven het scherm ( ), onder het scherm ( ) en buiten ( ); concentratie vocht (C H2O ) boven het scherm ( ), onder het scherm ( ) en buiten ( ), dataset 27 11 28 2 12 28.
32 In Figuur 7.2 wordt de uitwisseling tussen onder en boven het scherm gegeven. Hierin is opgenomen: het concentratieverschil, de schermflux, de vochtflux, de raamopening en de schermsluiting. Hierin is te zien dat bij geheel gesloten schermen (nacht 5, bij 12 uur) het concentratieverschil groot is, maar de uitwisseling klein. De invloed van een verandering van schermsluiting (9 95%) is niet duidelijk terug te vinden in de vochtflux. De vochtflux door geheel gesloten schermen is constanter, maar het verschil tussen schermsluiting 95% (nacht 2, bij 48 uur) en 1% (nacht 5, bij 12 uur) geeft geen overtuigende afname van de vochtflux, hoewel het concentratieverschil wel duidelijk groter is. De invloed van de raamstand lijkt klein. C a_as_h2o (g/m 3 ) 4 2 24 48 72 96 12 144 a_as (m 3 /s/m 2 ) Ha_as (g/s/m 2 ).4.2.6.4.2 24 48 72 96 12 144 -.2 24 48 72 96 12 144 Ap lsd, Ap wsd (..1) Cl sc_e, Cl sc_s (..1).4.2 1.5 24 48 72 96 12 144 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 7.2. Van boven naar beneden: vochtconcentratieverschil tussen boven en onder het scherm ( C a_as_h2o ); schermflux ( a_as ); vochtflux ( HA_as ) door en langs het scherm; raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ) en schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28.
33 In Figuur 7.3 wordt de uitwisseling tussen boven het scherm en buiten gegeven. Hierin is opgenomen: het concentratieverschil, de ventilatieflux, de vochtflux, de raamopening en de schermsluiting. De grootste concentratieverschillen ontstaan als de schermen geheel geopend zijn. De uiteindelijke invloed op de vochtflux is echter relatief klein, aangezien er op die momenten weinig geventileerd wordt. De ventilatieflux is in de schermproef vrij klein, en er is een duidelijk verband te zien tussen de raamstanden en de ventilatieflux (meer open: meer flux). In nacht 5 (bij 12 uur) zijn de schermen geheel gesloten en de ramen iets geopend, waardoor het concentratieverschil zeer klein wordt, met als gevolg een kleine vochtflux. Meer ventilatie door de ramen leidt tot een daling van het concentratieverschil, en minder ventilatie tot een stijging. C as_o_h2o (g/m 3 ) as_o (g/s/m 2 ) 5 24 48 72 96 12 144 15 x 1-3 1 5-5 24 48 72 96 12 144 Has_o (g/s/m 2 ).1 -.1 24 48 72 96 12 144 Ap lsd, Ap wsd (..1).4.2 24 48 72 96 12 144 Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 24 48 72 96 12 144 tijd (u) Figuur 7.3. Van boven naar beneden: vochtconcentratieverschil tussen binnen (boven het scherm) en buiten ( C as_o_h2o ); ventilatieflux ( as_o ); vochtflux tussen binnen (boven het scherm) en buiten ( Has_o ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ) en schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 27 11 28 2 12 28.
34 In Figuur 7.4 wordt de relatieve luchtvochtigheid RH en de vochtconcentratie C H2O gegeven voor de data van sectie 3.3. Hierin is meer fluctuatie te zien dan in de data van de schermproef. Hoewel de relatieve luchtvochtigheid RH a onder de schermen overdag sterk daalt (van 85% naar 55%) blijkt de vochtconcentratie nagenoeg constant te blijven. Hieruit blijkt dat het niet voldoende is om alleen op de relatieve luchtvochtigheid te letten! 1 8 RH (%) 6 4 2 12 24 36 48 RH a RH as RH o 2 C H2O (g/m 3 ) 15 1 5 C a_h2o C as_h2o C o_h2o 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 7.4. Van boven naar beneden: gemeten relatieve luchtvochtigheid (RH) boven het scherm ( ), onder het scherm ( ) en buiten ( ); concentratie vocht (C H2O ) boven het scherm ( ), onder het scherm ( ) en buiten ( ), dataset 17 6 28 18 6 28.
35 In Figuur 7.5 wordt de uitwisseling tussen onder en boven het scherm gegeven. Hierin is opgenomen: het concentratieverschil, de schermflux, de vochtflux, de raamopening en de schermsluiting. Het concentratieverschil fluctueert sterk, maar de schermflux is s nachts zeer klein, waardoor ook de vochtstroom s nachts zeer klein is. Overdag is het schaduwscherm deels gesloten, en dan is er wel vochtflux door het scherm. Omdat de temperatuur T a onder het scherm dan kleiner is dan T as boven het scherm, is de schermflux op dat moment negatief, met als gevolg een negatieve vochtflux door en langs het scherm (de lucht verplaatst zich van boven naar beneden). Dit is het gevolg van het sluiten van het schaduwscherm, waardoor de zonnestraling deels wordt tegengehouden. Ook hier lijkt de invloed van de raamstand klein, hoewel deze hier wel 1% geopend zijn. C a_as_h2o (g/m 3 ) 6 4 2 12 24 36 48 a_as (m 3 /s/m 2 ).1.5 -.5 12 24 36 48 Ha_as (g/s/m 2 ).2 -.2 12 24 36 48 Ap lsd, Ap wsd (..1) Cl sc_e, Cl sc_s (..1) 1.5 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 7.5. Van boven naar beneden: vochtconcentratieverschil tussen de ruimtes onder en boven de schermen ( C a_as_h2o ); schermflux ( as_a ); vochtflux door en langs de schermen ( Ha_as ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ) en schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 17 6 28 18 6 28.
36 In Figuur 7.6 wordt de uitwisseling tussen boven het scherm en buiten gegeven. Hierin is opgenomen: het concentratieverschil, de ventilatieflux, de vochtflux, de raamopening en de schermsluiting. De grootste concentratieverschillen ontstaan als de schermen geheel geopend zijn. In deze proef is zowel het concentratieverschil als de ventilatieflux overdag hoog, met als gevolg een grote vochtflux. Het geheel gesloten schaduwscherm op dag 2 zorgt voor een duidelijke afname van de vochtflux. C as_o_h2o (g/m 3 ) 8 6 4 2 12 24 36 48 as_o (g/s/m 2 ).4.2 -.2 12 24 36 48 Has_o (g/s/m 2 ) Ap lsd, Ap wsd (..1) Cl sc_e, Cl sc_s (..1).3.2.1 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 1.5 12 24 36 48 tijd (u) Figuur 7.6. Van boven naar beneden: vochtconcentratieverschil binnen (ruimte boven de schermen) en buiten ( C as_o_h2o ); ventilatieflux ( as_o ); vochtflux tussen binnen (ruimte boven de schermen) en buiten ( Has_o ); raamopening lijzijde en windzijde (Ap lsd, Ap wsd ) en schermsluiting energie- en schaduwscherm (Cl sc_e, Cl sc_s ), dataset 17 6 28 18 6 28.
37 8 Discussie 8.1 Inleiding Bij de teelt van Matricaria werd ventileren met een schermkier net zo gebruikt als ventileren met een minimumraam om een actief klimaat te creëren. Inmiddels gebruikt JB Matricaria in 2 afdelingen verticale ventilatoren, de zogenaamde Aircobreeze. In dit hoofdstuk worden twee afdelingen vergeleken, afdeling 7, waar de schermproef is gehouden en afdeling 3. Hierbij moet worden aangetekend, dat de aanwezigheid van Aircobreeze ventilatoren in afdeling 3 de vergelijking enigszins bemoeilijkt. Gegevens van andere afdelingen waren niet beschikbaar. In sectie 8.2 wordt gekeken naar de temperatuur, in sectie 8.3 naar het vocht en in sectie 8.4 naar de buitenomstandigheden. 8.2 Temperatuur In Figuur 8.1 zijn van zowel afdeling 3 als 7 de volgende gegevens weergegeven: schermsluiting energiescherm, schermsluiting schaduwscherm (geschaald weergegeven, deze schermen zijn open of dicht), temperatuur kaslucht onder de schermen, berekende pijptemperatuur en de stand van de Aircobreeze ventilatoren in afdeling 3. In het figuur is behalve de periode van de schermproef ook de periode ervoor weergegeven. Figuur 8.1. Temperaturen en schermsluitingen in afdeling 3 en 7 bij JB Matricaria; schermproef van 27 11 28 2 12 28.
38 In afdeling 7 wordt met een minimumbuis gewerkt, waardoor de buistemperatuur in afdeling 7 bijna altijd hoger is dan in afdeling 3. De kasluchttemperatuur onder de schermen is in beide afdelingen min of meer gelijk en wordt op een setpoint geregeld, s nachts constant en overdag met de zon mee oplopend. s Nachts wordt in beide afdelingen altijd het schaduwscherm dichtgetrokken (behalve tijdens de schermproef in afdeling 7). In de periode voor de schermproef worden in beide afdelingen de energieschermen op een soortgelijke mannier geregeld. 8.3 Vocht In Figuur 8.2 is de relatieve luchtvochtigheid van de kaslucht onder de schermen in afdelingen 3 en 7 weergegeven, de overige gegevens zijn als in Figuur 8.1. Figuur 8.2. Relatieve luchtvochtigheid (RV) en schermsluitingen in afdeling 3 en 7 bij JB Matricaria; schermproef van 27 11 28 2 12 28. Voor de schermproef is de RV in afdeling 7 bijna altijd hoger dan de RV in afdeling 3, terwijl de schermsluiting in beide afdelingen ongeveer gelijk zijn. De RV in afdeling 7 voor de schermproef is s nachts constanter, maar hoger dan in afdeling 3. Tijdens de schermproef fluctueert de RV in afdeling 7 meer dan voor de proef. De RV in beide afdelingen liggen nu wel dichter bij elkaar. In bijna alle gevallen heeft afdeling 7 een hogere buistemperatuur. In de nacht van 2 op 21 november heeft afdeling 7 een grotere schermkier dan afdeling 3; dit wordt geheel veroorzaakt door het gebruik van minimumbuis. De niet benodigde warmte moet worden afgevoerd. De RV in beide afdelingen zijn gelijk en in afdeling 3 staat de Aircobreeze uit. In de nacht van 26 op 27 november is er een soortgelijke situatie, maar nu zijn de buistemperaturen in beide afdelingen bijna gelijk (in afdeling 7 zelfs lager), de RV is in beide afdelingen is gelijk, in afdeling 3 staat de Aircobreeze uit, maar schermkier in afdeling 7 is iets groter. In de periode van 22 tot 26 november is de RV in afdeling 7 hoger, de schermstanden zijn in beide afdelingen gelijk, de
39 temperaturen zijn gelijk en de minimumbuis is in afdeling 7 hoger. Een verklaring hiervoor kan zijn dat de hogere buistemperatuur meer verdamping veroorzaakt en daarmee de extra toegevoerde warmte compenseert. Dit zou ook de hogere RV verklaren. De gewoonte in het verleden bij JB Matricaria om door actief te schermen de RV te beïnvloeden kan verklaard worden uit de gegevens van de schermproef. Hier wordt een minimumbuis gebruikt, maar de schermkieren zorgen voor afvoer van het vocht, maar om dan de temperatuur constant te houden, moet er wel extra warmte worden toegevoerd. 8.4 Overige klimaatgrootheden Om het plaatje compleet te krijgen wordt in deze sectie ook gekeken naar het klimaat boven het scherm, het klimaat buiten en naar de raamstanden. Omdat in afdeling 3 geen meetbox boven de schermen hangt zijn bepaalde gegevens van afdeling 1 gebruikt, waar het klimaat en de strategie vergelijkbaar zijn met afdeling 3. In Figuur 8.3 zijn de volgende klimaatgrootheden van beide afdelingen weergegeven: de raamstanden en de temperatuur en RV boven het scherm en buiten. Figuur 8.3. Overige klimaatgrootheden in afdeling 3 en 7 bij JB Matricaria; schermproef van 27 11 28 2 12 28. De buitentemperatuur is in deze periode redelijk laag. De temperatuur boven de schermen is tot de schermproef in beide afdelingen ongeveer gelijk en iets hoger dan de buitentemperatuur. De kaslucht onder de schermen verwarmt door het energieverlies door de schermen de lucht boven de schermen. Tijdens de schermproef is de temperatuur boven de schermen in afdeling 7 hoger dan in afdeling 3. Doordat in afdeling 7 een grote schermkier in het energiescherm wordt gehandhaafd stroomt er veel warme lucht naar boven de schermen. Het al of niet gebruiken van het schaduwscherm lijkt niet veel uit te maken. Het verschil tussen de temperaturen boven en onder het scherm in