http://glasreg.khk.be/ www.khk.be Energie in de glastuinbouw: Klare taal rond energieproblematiek Studiedag Energiekenniscentrum KHK 19 april 2006 Herman Marien
Energie en vermogen in de serre 1. Vermogen Warmteverliezen Warmteproductie Buisverwarming Buffer Verwarmingsinstallatie 2. Energie Verbruik Profiel Kengetal Opslagcapaciteit 3. Klimaatsregeling Situering van de Energieproblematiek Glastuinbouw is zeer intensief: één derde van productie van hele land- en tuinbouw op 8 % van de oppervlakte glastuinbouw 70 % van het energieverbruik 2000 250 300 Bef/m² 2006 13 16 /m² Dit is niet houdbaar!? Welk zijn mogelijke oplossingen? Energiebesparing Alternatieve brandstoffen Warmtekrachtkoppeling Restwarmte 19 april 2007 1
1. Vermogen Grootheid = energie per tijdseenheid Joule/sec = Watt Verwarmingsinstallatie van 3.000 kw Ketel kan een vermogen van 3.000 kw per sec opnemen Kcal/h = Energie per tijdseenheid (Kilocalorieën per uur) 1 kw = 860 kcal/h 1 kcal/h = 1,163 W Ketelvermogen van 3.000 kw = 3.000 * 860 = 2.580.000 Kcal/h 2 000 000 kcal/h = 2 330 000 W of 2.330 kw Thermisch / elektrisch Vermogen kw th : energie die per tijdseenheid kan overgebracht worden in water kw e : energie die per tijdseenheid op het elektriciteitsnet kan worden gezet. 0,25 100,0 % 0,75 109,2 % 9,0 1,50 122,9 % 2,50 141,3 % 1.2 Warmteverliezen uit de serre Ventilatie n aandacht voor kleine openingen (n<0.5) Zijwanden afdichten bewuste vochtregeling 78,5 % Transmissie U-waarde (K) isolerende materialen Scherming Straling onderschepping 5,5 % 7,0 % Ondergrond 17.5 w/m² Niet te vochtig 19 april 2007 2
1.2 Serre: benodigd vermogen Vermogen Niet geschermd = ± 8,5 W/m²/ C Δ t 5,0 C 7,5 C 10,0 C 12,5 C 15,0 C 17,5 C 20,0 C 22,5 C 25,0 C W/m² 43 64 85 106 128 149 170 191 213 1 ha in kw 425 638 850 1.063 1.275 1.488 1.700 1.913 2.125 miljoen kcal/h 0,37 0,55 0,73 0,91 1,10 1,28 1,46 1,64 1,83 Vermogen Geschermd = ± 6,5 W/m²/ C Δ t 5,0 C 7,5 C 10,0 C 12,5 C 15,0 C 17,5 C 20,0 C 22,5 C 25,0 C W/m² 33 49 65 81 98 114 130 146 163 1 ha in kw 325 488 650 813 975 1.138 1.300 1.463 1.625 miljoen kcal/h 0,28 0,42 0,56 0,70 0,84 0,98 1,12 1,26 1,40 Welk vermogen inzetten? 1,8 ha en Δ 20 C : in serre Geschermd: 1,8 * 1,3 MW = 2,34 MW Niet geschermd: 1,8 * 1.7 MW = 3,06 MW 1.3 Warmtevermogen: buis Warmteafgifte door verwarmingsbuis via Straling Convectie 8,00 7,50 7,00 Straling - convectie vermogen 51mm Bij groter verschil ruimte/buis wordt convectie >= straling 6,50 W/m²/C 6,00 5,50 5,00 4,50 Bij relatief lage buistemperaturen is het aandeel straling het grootst convectie-18 C convectie-24 C straling-18 C straling-24 C 4,00 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 buistemperatuur C 19 april 2007 3
Theepottest : resultaat Theepot-Test temperatuur 85 C 80 C 75 C 70 C 65 C 60 C 55 C 50 C 45 C 40 C 35 C 30 C 25 C 20 C 15 C 19:00 19:32 20:05 20:37 21:10 21:42 22:15 22:47 23:20 23:52 0:25 tijd 0:57 1:30 2:02 2:35 3:07 3:40 4:12 4:45 5:17 Theepottest : resultaat Inox glas steen afkoeling 70 C 60 C per 1 C 50 C 40 C per 1 C 30 C 25 C per 1 C blinkend metaal Δ tijd doorzichtig Δ tijd Wit Δ tijd 19:38 19:11 19:15 20:17 0:38 19:39 0:27 19:39 0:24 0:03:51 0:02:45 0:02:24 21:13 1:34 20:14 1:03 20:12 0:57 22:37 2:59 21:12 2:01 21:02 1:46 1:24 0:08:27 0:58 0:05:48 0:49 0:04:57 0:56 5:18 22:58 3:47 22:32 3:16 2:53 7:14 0:33 5:21 23:57 4:42 1:56 0:23:18 1:34 0:18:54 1:25 0:17:06 Besluiten: Van buiten blinkende voorwerpen(metaal) isoleren beter. Wit (zwart) straalt veel warmte uit. Hoe hoger de temperatuur hoe groter (sneller) de warmteafgifte. Dus hoe groter het vermogen. 19 april 2007 4
1.4 Warmtevermogen: buis Warmteafgifte buisverwarming in Watt per vierkantemeter serre (W/m²). Niet geschermd 170 W/m² = buisrail 70 C + Groeibuis 60 C Geschermd 130 W/m² = buisrail 65 C op 1,33 m of Buisrail 70 C op 1,60 m Ø 51,0 mm gemiddelde buistemperatuur buisrail 2 per 1,60 m ruimtetemperatuur 74 W 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C 65 C 70 C 15,0 C 32 45 58 72 87 102 118 135 152 17,5 C 26 39 52 66 80 95 111 128 145 20,0 C 20 33 46 59 74 89 104 121 137 22,5 C 15 27 39 53 67 82 98 114 130 25,0 C 10 21 33 47 61 75 91 107 123 Ø 45,0 mm gemiddelde buistemperatuur buisrail 2 per 1,33 m ruimtetemperatuur 79 W 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C 65 C 70 C 15,0 C 34 48 62 78 93 110 127 145 163 17,5 C 28 41 56 71 86 103 120 137 156 20,0 C 22 35 49 64 79 95 112 130 148 22,5 C 16 29 42 57 72 88 105 122 140 25,0 C 10 23 36 50 65 81 98 115 132 Ø 32,0 mm gemiddelde buistemperatuur groeibuis 1per 1,60 m ruimtetemperatuur 25 W 30 C 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C 60 C 65 C 70 C 15,0 C 11 15 19 24 29 34 39 45 51 17,5 C 9 13 17 22 27 32 37 43 48 20,0 C 7 11 15 20 25 30 35 40 46 22,5 C 5 9 13 18 22 27 32 38 43 25,0 C 3 7 11 15 20 25 30 36 41 1.5 Warmtevermogen: debiet Pompkeuze: Maximumvermogen Circulatieverschil (Δ t 12,5-15 bij Δ t 25 C binnen-buiten) Weerstand(~Debiet²) - hoogteverschil Verloop buistemperatuur bij 1 toerenpomp 100 200 kcal/h - Δ t 15 C 90 5.000 m²= 66,6 m³/h 2-traps pomp of frequentieregeling wenselijk buistemperatuur in C 80 70 60 50 40 buis-t Vertrek-T Retour-T 30 26 45,5 65 84,5 104 123,5 143 162,5 182 warmtevraag in W/m² 19 april 2007 5
1.6 Warmtevermogen: buffer Beschikbaar vermogen in kw tijdens 10 uren op 1 ha Δ t 100 m³ 200 m³ 300 m³ 400 m³ Δ 55 C 640 1.280 1.920 2.561 Δ 50 C 582 1.164 1.746 2.328 Δ 45 C 524 1.048 1.571 2.095 Δ 40 C 466 931 1.397 1.862 Δ 35 C 407 815 1.222 1.629 Δ 30 C 349 698 1.048 1.397 Δ 25 C 291 582 873 1.164 Δ 20 C 233 466 698 931 Δ 15 C 175 349 524 698 Het maximum vermogen van een buffer wordt bepaald door: Maximum vultemperatuur Retourtemperatuur Voorbeeld Buis 52,5/45 buffer 90 C = 1048 kw Buis 70/60 buffer 90 C = 698 kw Buis 52,5/45 buffer 60 C = 349 kw Verwarmend oppervlak vaak te klein om potentieel naar de serre te brengen 1.7 Warmtevermogen: ketel/brander Brander: verbranden brandstof Luchttoevoer voor O 2 Brandstof Ketel: opname warmte in ketelwater Stralingsverwarmd oppervlak Stromingsverwarmd oppervlak Opgave: vermogen leveren aan verdeelstuk of buffer zodat buisverwarming gewenste vermogen kan afgeven 19 april 2007 6
1.8 Vermogen WKK Inputvermogen brandstof per tijdseenheid 2.300 kw As vermogen ηgen 950 kw 97% Elektrisch vermogen ηe 922 kw 40,1% 22 kw 15 kw netto elektrisch vermogen 885 kw 38,5% hulpvoorzieningen verliezen transformator Thermisch vermogen - ηth 1.200 kw 52,2% 2 Energie Joule (W * sec) Warmte nodig om 1 g droge lucht + 1 C GigaJ = 1000 MegaJ= 1000 000 KJ = 1 000 000 000 J Calorie Warmte nodig om 1 g water + 1 C 1 calorie = 4,19 J 1 J = 0,24 cal Kilowattuur Energieverbruik teruggerekend naar 1 uur 1 kwh = 1 kw gedurende 1u =1000 J/s x 3600 s = 3,6 MJ = 0,0036 GJ 19 april 2007 7
2.1 Energie: verbruik Energiekengetal van uw bedrijf I Oppervlakte 20.000 m² Teelt II Aangekochte brandstof vul hier uw aangekochte hoeveelheden in Energierekening: brandstof 1 brandstof 2 brandstof 3 EZO 1% Lamppetroleum Januari 150.000 Kg 5.000 Liters Aankoop van grondstoffen Februari 140.000 Kg 5.000 Liters Maart 70.000 Kg 10.000 Liters April Omzetting 50.000 Kg naar 15.000 bruikbare Liters energie Mei 20.000 Kg 10.000 Liters Juni Energiebenutting Kg 10.000 Liters Juli 20.000 Kg 10.000 Liters Augustus Kg Liters September 40.000 Kg 10.000 Liters Oktober 60.000 Kg 15.000 Liters November 100.000 Kg 5.000 Liters Warmte en CO 2 in serre Elektriciteit op net December 50.000 Kg Liters Rendement Brandstof III Aangekochte energie Installatie IV Nuttig Afstellen energieverbruik in / de onderhoud serre Komkommer Totaal 700.000 Kg 95.000 Liters 0 per 1 m² 35,00 Kg 4,75 Liters 0,00 totaal in GigaJ 29.821 GJ 3.516 GJ 0 GJ 33.337 GJ per 1 m² 1,49 GJ 0,18 GJ 0,00 GJ 1,67 GJ installatie 1 installatie 2 installatie 3 totaal 90% 103% 90% om in te vullen stookrendement in GigaJ 25.238 GJ 3.393 GJ 0 GJ 28.631 GJ per 1 m² 1,26 GJ 0,17 GJ 0,00 GJ 1,43 GJ I I I Bedrijfsgegevens II II II Enkel Aardgasketel aardbei paprika potplanten komkommer tomaat warm 15.000 m² m² Aardgas27 27 /MWh 23,9 55,7 44,7-16,1-6,5-10,9-14,8-15,2-12,2-12,6 2 CO 2 energie CO 2 Buffer 2 0,07 /kg 0,0 0,0 kg kg -0,2-0,0 1.849 1.250 1.700 1.747 1.400 1.450 750 MJ/m² 35 10 25 30 35 kg kg 10,0 l/m² Totaal -15,2-6,7-12,2 2.2 Energie: profielen aardbei komkommer potplanten paprika tomaat warm Warmte-CO2-vraag Gasketel-grafiek WKK-grafiek Energieprofiel+CO2 2 2 vraag 60,0 2,0 2,0 E-potplanten E-aardbei E-komkommer E-paprika E-tomaat warm warm CO2/week 1,8 1,8 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0,0 week week week week week 1 1 week week week week week 3 3 week week week week week 5 5 week week week week week 7 7 week week week week week 9 9 week week week week week 11 11 11 11 11 week week week week week 13 13 13 13 13 week week week week week 15 15 15 15 15 week week week week week 17 17 17 17 17 week week week week week 19 19 19 19 19 week week week week week 21 21 21 21 21 week week week week week 23 23 23 23 23 week week week week week 25 25 25 25 25 week week week week week 27 27 27 27 27 week week week week week 29 29 29 29 29 week week week week week 31 31 31 31 31 week week week week week 33 33 33 33 33 week week week week week 35 35 35 35 35 week week week week week 37 37 37 37 37 week week week week week 39 39 39 39 39 week week week week week 41 41 41 41 41 week week week week 43 43 43 43 43 week week week week 45 45 45 45 45 week week week week 47 47 47 47 47 week week week week 49 49 49 49 49 week week week week 51 51 51 51 51 1,6 1,6 1,4 1,4 1,2 1,2 1,0 1,0 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 19 april 2007 8
2.3 Energie: Kengetallen voorraad CO 2 91 % Buffertank Ton / liters / m³ / kwh GJ of kwh Energieprofiel in de serre Tomaat: 1.750 MJ/m² Paprika: 1.450 MJ/m² Komkommer: 1.560 MJ/m² Aardbei: 750 MJ/m² Sla: 250 MJ/m² CO 2 -behoefte in de serre Vermogens/rendement Ketel/brander Warmtebuffer Verwarmingsnetten Energiecapaciteit Brandstof opslag Brandstof aanvoer Warmtebuffer 2.4 Energie: verbruik in serre Oppervlakte Vermogen Niet geschermd = ± 10.000 m² 8,5 W/m²/ C Δ t 5,0 C 7,5 C 10,0 C 12,5 C 15,0 C 17,5 C 20,0 C 22,5 C 25,0 C W/m² 43 64 85 106 128 149 170 191 213 1 ha in kw 425 638 850 1.063 1.275 1.488 1.700 1.913 2.125 Energie op in MWh 4 u 1,70 2,55 3,40 4,25 5,10 5,95 6,80 7,65 8,50 8 u 3,40 5,10 6,80 8,50 10,20 11,90 13,60 15,30 17,00 10 u 4,25 6,38 8,50 10,63 12,75 14,88 17,00 19,13 21,25 12 u 5,10 7,65 10,20 12,75 15,30 17,85 20,40 22,95 25,50 Oppervlakte Vermogen Geschermd 10.000 m² 6,5 W/m²/ C Δ t 5,0 C 7,5 C 10,0 C 12,5 C 15,0 C 17,5 C 20,0 C 22,5 C 25,0 C W/m² 33 49 65 81 98 114 130 146 163 1 ha in kw 325 488 650 813 975 1.138 1.300 1.463 1.625 Energie op in MWh 4 u 1,30 1,95 2,60 3,25 3,90 4,55 5,20 5,85 6,50 8 u 2,60 3,90 5,20 6,50 7,80 9,10 10,40 11,70 13,00 10 u 3,25 4,88 6,50 8,13 9,75 11,38 13,00 14,63 16,25 12 u 3,90 5,85 7,80 9,75 11,70 13,65 15,60 17,55 19,50 19 april 2007 9
2.5 Energieopslag Waarom Nuttig gebruik warmte bij CO 2 -dosering Tijdelijk groter vermogen kunnen aanbieden Optimaliseren van energieproductie Tot vandaag korte termijn opslag Dag ->Nacht 48 u, (Wkk-toepassing) Weken/maanden => toekomst 2.6 Energie: bufferopslag 1 m³ -> 4187 kj/ C of 1,163 kwh Energieopslag (MWh) in functie van buffergrootte en temperatuurverschil. Temperatuurverschil 100 m³ 200 m³ 300 m³ 400 m³ 500 m³ 750 m³ 1.000 m³ 1.250 m³ Δ 55 C 6,40 12,80 19,20 25,61 32,01 48,01 64,01 80,02 Δ 50 C 5,82 11,64 17,46 23,28 29,10 43,65 58,19 72,74 Δ 45 C 5,24 10,48 15,71 20,95 26,19 39,28 52,38 65,47 Δ 40 C 4,66 9,31 13,97 18,62 23,28 34,92 46,56 58,19 Δ 35 C 4,07 8,15 12,22 16,29 20,37 30,55 40,74 50,92 Δ 30 C 3,49 6,98 10,48 13,97 17,46 26,19 34,92 43,65 Δ 25 C 2,91 5,82 8,73 11,64 14,55 21,82 29,10 36,37 Δ 20 C 2,33 4,66 6,98 9,31 11,64 17,46 23,28 29,10 Δ 15 C 1,75 3,49 5,24 6,98 8,73 13,09 17,46 21,82 19 april 2007 10
voorjaar geschermd Energie voorjaar niet geschermd CO 2 -herkomst 10 u gasketel Wkk gasketel Wkk Doseercap. 75 m³/u/ha 6,75 3,48 6,75 3,48 MWh Binnen - buiten verschil Δ 10 C Δ 10 C Δ 10 C Δ 10 C C energie-n 12 u 7,80 7,80 10,20 10,20 MWh buisvermogen bij 65 65 85 85 W/m² buistemperatuur 47 47 53 53 C Vertrektemperatuur 50 50 60 60 C Buffer 90 C 200 m³ 9,31 9,31 6,98 6,98 MWh Geschermd: Gasketel: bijna voldoende om nacht in te vullen Wkk: kan meer draaien zowel voor buffer te vullen als nacht Niet geschermd Gasketel:meer bijstoken tijdens nacht; kleinere bufferruimte Wkk: meer bijstoken nacht; buffer ontoereikend voor nachtbehoefte Energie zomer Zomer Normaal Warm CO 2 -herkomst 10 u gasketel Wkk gasketel Wkk doseercap. 100 m³/u/ha 9,00 4,64 9,00 4,64 MWh Binnen - buiten verschil Δ 7,5 C Δ 7,5 C Δ 5 C Δ 5 C C energie-n 8 u 5,10 5,10 3,40 3,40 MWh buisvermogen bij 64 64 43 43 W/m² buistemperatuur 46 46 38 38 C Vertrektemperatuur 50 50 45 45 C Buffer 90 C 200 m³ 9,31 9,31 10,48 10,48 MWh Normaal: Gasketel: warmte kan opgeslagen en benut worden tijdens opstook Wkk: heeft naast normale uren nog ruimte in buffer Warm: Gasketel: overschot wordt te veel en buffer geraakt vol Wkk: naast energie voor nacht, kan energie benut worden tijdens opstook 19 april 2007 11
3 Energie en klimaatsregeling Nuttig gebruik van energie voor: Temperatuur - luchtbeweging langs plant Stimuleren verdamping - gewasbescherming Activeren wortel - uitgroei en afrijpen bevorderen plantprocessen klimaatprocessen groei; ontwikkelingssnelheid fotosynthese, assimilatie verdamping, afkoeling temperatuur CO 2 luchtvochtigheid Klimaatscomputer ademhaling, energie vrijmaken licht GlasReg: moto Uw brandstofrekening daar steken we energie in. Contact: Kilto vzw Kleinhoefstraat 4, 2440 Geel Tel: 014 56 23 47 Fax: 014 56 23 31 glasreg@khk.be http://glasreg.khk.be 19 april 2007 12