Near Infrared Radiation (NIR) reflectie: Effect op kasklimaat en productie van rozen Frank Kempkes Wageningen UR Glastuinbouw Met dank aan Cecilia Stanghellini en Silke Hemming
Eigenschappen van een kasdek energie Een dek met een hoge NIR reflectie (100%) zou de thermische belasting van de kas met 50 % reduceren zonder de assimilatie te beïnvloeden Het ideale kasdek heeft verschillende eigenschappen in de verschillende bandbreedtes UV NIR(NearInfraRed) = 50% van energie 0 golflengte 400 700 2500 nm
Globale straling UV PAR NIR absorptie ramen openen warmte stress transmissie kasdek Τ buiten UV PAR Temperatuur toename warmte Τ binnen Τ gewas photosynthese / groei
Globale straling UV PAR NIR Reflectie door NIR filter absorptie Ramen langer gesloten houden transmissie kasdek CΟ 2 Τ buiten UV PAR photosynthese / groei warmte Τ binnen Τ gewas
Materialen met NIR filtering transmissivity [-] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 UV PAR NIR glass NIR sheet reduheat 1:3 g glass 0 300 700 1100 1500 1900 2300 wavelength [nm]
Materialen met NIR filtering 0.30 0.20 0.10 0.00-0.10 NIR filter [%] PAR [%] -0.20-0.30 PE film PE film PH1 PE film SF1 PET film M ReduHeat Lage NIR filtering Hoog licht verlies
1 Het gebruikte materiaal 0.8 0.6 NIR 0.4 reflection 0.2 absorption transmission 0 1 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 nm 0.8 0.6 REF 0.4 reflection 0.2 absorption transmission 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 nm Reductie warmtebelasting van de NIR straling bij gebruik van dit NIR scherm is ca.40% Maar wat is effect op kasklimaat?
Straling in de kas op het gewas Niet in onze kas Globale straling UV PAR NIR Transmissie ca. 80 % reflectie ±20 % absorptie NIR filter 5% reflectie 80% warmte 20% fotosynthese verdamping gewas convectie straling 45% reflectie 100% warmte
Straling in de kas op het gewas in getallen 100 UV PAR NIR 40 40 reflectie ±20 absorptie Dus deel zijn we al gratis kwijt; in theorie 14 eruit 2 reflectie 30 warmte 8 fotosynthese verdamping gewas convectie straling 18 reflectie 22 warmte
Straling in de nkas 0 1 r op het gewas1 rin 2 1 r getallen 1r2 I r 2 n n ( 1 r ) r r = r + r ( 1 r ) 1 + r2 1 = 1 2 1 2 1 2 1 = r 1 + r 2 2r r 1 2 r 1 I r 2 (1 r 1 ) 2 I r 1 r 22 (1 r 1 ) 2 I r 12 r 23 (1 r 1 ) 2 I r 1 (1 r 1 ) I r 1 r 2 (1 r 1 ) I r 12 r 22 (1 r 1 ) I r 2 (1 r 1 ) I r 1 r 22 (1 r 1 ) I r 12 r 23 (1 r 1 ) I r 2 Effectieve reflectie van scherm+gewas
Gecombineerd effect NIR van gewas en dek 1 additional reflectance 0.8 0.6 0.4 0.2 0 reflectance crop 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 reflectance cover 0.1 0.3 0.5 Reductie warmtebelasting van de NIR straling bij gebruik van het NIR scherm was ca.40% Additionele effect ca. 12%
Effect op kasklimaat in winter (theorie) [ o C] 21 T air [%] 77 RH 20 76 19 75 18 17 NIR reflection 0 NIR reflection 0.5 NIR reflection 1 74 73 16 4 8 12 16 20 72 4 8 12 16 20 [m 3.ha -1.h -1 ] 140 gas use [l.m -2.h -1 ] 0.06 transpiration 120 0.05 100 0.04 80 0.03 60 0.02 40 0.01 20 4 8 12 16 20 0 NIR filter kost in de winter energie 4 8 12 16 20 Keuze permanent / verwijderbaar
Effect op kasklimaat in de zomer (theorie) [ o C] 26 T air [%] 95 RH 24 90 22 85 20 18 NIR reflection 0 NIR reflection 0.5 NIR reflection 1 80 75 16 4 8 12 16 20 70 4 8 12 16 20 [ppm] 1000 CO 2 [l.m -2.h -1 ] 0.30 transpiration 900 0.25 800 700 600 500 400 300 0.05 Pas bij hoog NIR filterings percentage is enig effect op kasklimaat te verwachten 0 4 8 12 16 20 4 8 12 16 20 0.20 0.15 0.10
Het experiment z W O N REF REF NIR NIR
Het experiment 4 compartimenten (144 m 2 elk) 2 x beweegbaar NIR filtering scherm (3M) 2 x referentie ILS ultra (LS) Gewas: roos cv Passion (5.43/m 2 ) Doorlopende nokventilatie belichting (100 micromol.m 2.s 1 ) CO 2 dosering Geen fogging (bij start wel) Weeg goten & drain metingen
Hoe scherm te regelen kas met oost west oriëntatie 4 schermvakken per kap (S1, S2, S3 en S4) Bij ventileren moet scherm open (S2 en/of S3) Eerst ventileren op noord om maximaal mogelijke NIR reflectie te behouden. S3 open en noordraam open dan pas vrijgave zuid. Sluiten scherm indien setpointventilatie is bereikt (grote dodezone om aantal bewegingen te minimaliseren) sluiten op ventilatietemperatuur 1 o C Scherm openen op stooklijn +0.5 o C IGlob > 50 W/m 2 (snachts altijd open)
Klimaat: ramen 100 [%] NIR raam noord 80 60 referentie raam noord NIR scherm raam noord referentie scherm raam noord 40 20 0 4 8 12 16 20 In ventielatiehoeveelheid is dit verschil ca. 5% MAAR feedback van controller op de temperatuur heeft dit verkleind
Klimaat: temperatuur [ o C] 30 28 26 24 Tgreenhouse NIR Tgreenhouse reference Tplant NIR Tplant reference setpoint heating setpoint ventilation 22 20 18 4 8 12 16 20
Klimaat: licht in de kas [W/m 2 ],[µmol/m 2 /s] 600 500 NIR PAR referentie PAR globale straling 400 300 200 100 0 4 8 12 16 20 stralingssom 1639 J/cm 2 Geen verschil in PAR licht en 15.7 en 15.6 mol/m 2 /dag
Klimaat: vochtdeficiet [g/m 3 ] 12 10 NIR referentie 8 6 4 2 4 8 12 16 20
Klimaat: CO 2 [ppm] 1200 1100 NIR referentie setpoint 1000 900 800 700 600 4 8 12 16 20 lichtperiode CO 2 gehalte 880 en 850 ppm in referentieafdelingen 2% extra CO 2 gedoseerd
Klimaat: verdamping NIR (m 3 m -2 s -1 ) 0.06 Sunny day Cloudy day 0.04 y = 0.93 x 0.02 7% minder verdamping Komt goed overeen met de 8% minder globale straling op gewasniveau 0 0 0.02 0.04 0.06 REF (m 3 m -2 s -1 )
Klimaat: verdamping (LAI) LAI 6 5 4 3 2 1 0 NIR REF 11-03 01-04 22-04 13-05 03-06 24-06 15-07 05-08 26-08 16-09 07-10 Date
Klimaat: energiegebruik verwarming [W/m 2 ] 10 8 NIR referentie 6 4 2 0 4 8 12 16 20 NIR afdelingen 0.19 Referentie afdelingen 0.14 m 3 /m 2 (in 6 weken)
Klimaat: gebruik belichting [µmol/m 2 /s] 120 100 NIR referentie 80 60 40 20 0 4 8 12 16 20 Elektriciteitsgebruik 13.1 kwh/m 2
Gewas: steel productie Number of daily harvest 900 NIR REF 600 300 0 02-06 16-06 30-06 14-07 28-07 11-08 25-08 08-09 22-09 06-10 Date Steel productie: REF 13605 & NIR 13337
Gewas: adaptie Net photosynthesis rate (µmol/m2/s) 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 Light response curve of rose leaves n=6) 9-16 Aug; 700 ppm CO 2, 28 C NIR bended shoot REF bended shoot NIR stand shoot REF stand shoot 0 500 1000 1500 2000 Light level on leaf (µmol PAR/m2/s) Geen significante verschillen
Gewas: vers gewicht productie Accumulated FW of harvest (kg) 600 500 400 300 200 100 0 NIR REF 02-06 16-06 30-06 14-07 28-07 11-08 25-08 08-09 22-09 06-10 Date
Gewas: product kwaliteit Vers gewicht (g) Steel lengte (cm) Steel diameter (mm) Knop opening (cm) NIR 43.1 72.3 6.5 4.9 REF 42.6 73.5 6.6 4.9 Geen verschillen gevonden in Geoogste stengels en bloem kwaliteit Ontwikkelingssnelheid van bud break tot oogst
Conclusies (1) Significante reductie van de ventilatie behoefte Bij niet doseren van CO 2 kan dit ongunstig zijn Reductie van de verdamping verminderd de behoefte aan vocht regeling (energie besparing) Geen effecten gevonden op Productie kwantiteit kwaliteit Materiaal zou nog fors verbeterd moeten worden
Conclusies (2) Permanent in dek: toename energiegebruik van 10% Beste optie beweegbaar NIR scherm buiten!! Met een zo hoog mogelijke PAR transmissie Toename WUE 10 30 % Bij actieve koeling benodigde koelcapaciteit tot 30% lager Foto Ecofys
Bedankt Dit project is gefinancierd door het Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit (LNV) en Productschap Tuinbouw (PT)