Voorkoelen ontvochtigt kaslucht efficiënter

Passieve voorkoeling maakt het ontvochtigen van kaslucht en het oogsten van latente warmte energie-efficiënter. Het systeem wordt toegepast in een komkommerproef bij WUR, waar ook op arbeid bespaard wordt door middel van een lagere stengeldichtheid.

Onderzoek bij komkommer, in de Winterlichtkas bij de businessunit Glastuinbouw van Wageningen University & Research in Bleiswijk, is dit jaar onder andere gericht op het testen van een verbeterd ontvochtigingssysteem, dat op een energiezuiniger manier latente warmte uit de kaslucht terugwint.

Tot nu toe is het in kassen met actieve ontvochtiging gebruikelijk dat alle lucht langs een koudeblok in een lucht/water-warmtewisselaar wordt geleid, waarbij die lucht wordt teruggekoeld totdat condensatie optreedt (bij het dauwpunt van bijvoorbeeld 10 graden). Zo is vocht af te voeren en de vrijkomende latente warmte te winnen voor hergebruik. Daarna moet die koude lucht weer op kasluchttemperatuur (18 tot 20 graden) gebracht worden met een verwarmingsblok, zodat het zonder nadelen voor het gewas opnieuw de kas in kan.

Een extra lucht/water-warmtewisselaar

In de Winterlichtkas bij WUR is dit proces nu geoptimaliseerd. Het actieve ventilatiesysteem van Van Dijk Heating is daartoe voorzien van een extra lucht/water-warmtewisselaar. Daarmee wordt de warme vochtige kaslucht eerst passief voorgekoeld, tot ongeveer 14 graden. Dan pas gaat het naar de actieve droger die erachteraan geschakeld zit. Dankzij die vooraf al deels gekoelde lucht hoeft de warmtepomp minder hard te draaien om koude te leveren voor de actieve ontvochtiging.

Passieve voorkoeling draagt bij aan energiezuiniger telen.

Ten behoeve van dit passief voorkoelen, wordt een deel van de tot dauwpunttemperatuur afgekoelde koude droge lucht benut. De aangezogen vochtige warme kaslucht komt na uitwisseling hiermee droger uit de warmtewisselaar, met een iets lagere temperatuur, zodat minder actieve naverwarming nodig is. Het complete principe maakt de ontvochtigingsinstallatie, en daarmee de totale teelt, energie-efficiënter.

De tijdens ontvochtiging geoogste warmte wordt met de warmtepomp omgezet in warm water dat direct (of later) kan worden ingezet voor verwarming van de kas. Op deze wijze gaat er geen latente warmte verloren tijdens het onvochtigen van de kas.

Efficiënter ontvochtigen

De uiteindelijke vraag is hoe efficiënt het totale warmtewisselaarsysteem ontvochtigt. De voormalige bouwdrogers in de Winterlichtkas onttrokken 2 tot 2,5 liter water/kWh. Met de nieuwe installatie wordt 3,5 tot 4,0 liter/kWh bereikt, afhankelijk van de kascondities.

De elektrische efficiëntie is inclusief het elektriciteitsverbruik van de ventilator, al valt niet alle energievraag van de ventilatoren toe te rekenen aan de kasluchtontvochtiging. Ze worden ook teelttechnisch ingezet voor luchtbeweging, ten behoeve van de gewasactivatie en het voorkomen van vochtgerelateerde ziekten. Als de luchtramen dicht liggen, draait de ventilator ook zonder ontvochtigingsvraag bijvoorbeeld op 40% van de maximumcapaciteit. Alleen als de raamstand boven de 10% uitkomt, ontstaat er daardoor zo veel luchtbeweging in de kas dat de ventilator uit kan.

Gewasverdamping

Onderzoeker Frank Kempkes: “Als we een kas heel goed isoleren, en je zet er geen gewas in, dan kun je die met 5 tot 6 kuub gas per vierkante meter jaarrond warm houden. Daar komt bij komkommer in de praktijk nog een factor 2 tot 3 overheen voor de verdamping en ontvochtigingsbehoefte van het gewas. Dus moeten we op zoek naar de minimale hoeveelheid verdamping als de kas gesloten is.”

In de kas is een weeggoot aanwezig, om meer inzicht te krijgen in die gewasverdamping. Telers hebben uit ervaring wel een gevoelsmatig beeld bij gewasactiviteit, generativiteit of vegetativiteit van het gewas, maar dat is lastig te kwantificeren. Daarom hoopt deze proef meer objectieve getallen te kunnen genereren over verdamping en wateropname. Zolang er vocht afgevoerd kan worden, blijft een plant verdampen, zelfs bij 100% relatieve vochtigheid (RV), waarbij luchtbeweging de gewasverdamping sterk stimuleert.

Het weeggoot-systeem geeft inzicht in de verdamping van het gewas.

Naast een transparant schermdoek ligt er in de kas ook nog een transparant vochtdoek en een gealuminiseerd schermdoek dat alleen ’s nachts sluit. Er wordt in de proef naar gestreefd om een dag-/nachtritme te creëren met een vochtdeficiet (vd) van 1,5 in de nacht, die overdag langzaam naar 4,5 wordt opgebouwd. Die nachtelijke lage waarde heeft gezondheidstechnisch (qua schimmels) geen negatieve invloed op het gewas, maar werkt nog wel positief voor de gewas-activatie. Want hoe lager het vd, des te lager de verdamping en dus het energiegebruik zullen worden.

Het vd van 4,5 overdag is niet altijd realiseerbaar. “Met buiig weer, waar je niet aan ventileren toe komt, haal je net 3 tot 3,5.” Het blijft lastig om efficiënt te ontvochtigen onder omstandigheden waarbij het buiten heel vochtig is. Daarnaast heb je overdag al snel meer verdampingscapaciteit van het gewas dan de ontvochtigingscapaciteit van de luchtbehandelingskasten aan kan.

Interne klok

Verdamping is heel sterk gerelateerd aan licht. “Zodra de zon ondergaat, zie je in de grafieken de verdampingslijn ineens zo vlak als een deur de nacht in gaan.” Die blijft dan steeds stabiel laag op 20 tot 25 gram per vierkante meter per uur. Heel opvallend is het daarom dat metingen laten zien dat de gewasverdamping toch voor zonopkomst alweer begint op te lopen. Onderzoeker Jaco den Bakker: “Rond 04.00 uur begint de verdamping al te stijgen. De zon is er dan nog niet, en aan de klimaatinstellingen veranderen we rond die tijd ook niets. De plant heeft dus kennelijk toch een soort ingebouwde klok om te starten met verdampen.” Met instraling van de zon loopt de gewasverdamping daarna snel op. De ontvochtigingsvraag zit vooral in de ochtenduren.

Onbalans

Een heikel punt bij warmteoogst via kasluchtontvochtiging is dat er door het jaar heen sprake is van, enerzijds onbalans tussen de verwarmingsbehoefte en anderzijds koudebehoefte voor ontvochtiging. In de eerste fase van een onbelichte teelt is er weinig zon, en verdampen planten weinig, terwijl er wel een relatief hoog warmtegebruik is. Niet voor niets wordt er daarom pas in januari geplant. Later volgt er in maart/april een fase waarin de vraag naar ontvochtiging heel veel dagen redelijk in balans is met de verwarmingsvraag, waardoor een ontvochtiger met warmteoogst in de energiebehoefte van de kas kan voorzien. De luchtramen kunnen dan gesloten blijven, wat verlies van CO₂ voorkomt. Vervolgens komt de zomerfase, waarbij meer wordt ontvochtigd dan dat er warmtevraag is. De luchtramen moeten dan open, omdat de capaciteit van de ontvochtiging veel te gering is om alle binnenkomende zonnewarmte weg te kunnen koelen. In de zomer wordt dus op traditionele wijze geteeld, omdat 100% ontvochtigen economisch niet rendabel is.

Vanwege de genoemde onbalans tussen zomer en winter is seizoensopslag van warmte wenselijk. Een ondergrondse aquifer is daarvoor het meest logisch. Energie is nog geconcentreerder op te slaan in een zoutoplossing. Nadeel daarvan is dat er dan gewerkt moet worden met agressieve stoffen, wat een dure corrosiebestendige opslag vraagt. Een aquifer zal het kostprijstechnisch hier voorlopig vrijwel altijd van winnen. En een bak met een halve meter dikke zoutlaag onder de hele kas is praktisch gezien ook niet echt een handige oplossing om voldoende warmte op te slaan, om zo het gat tussen warmtevraag en productie te overbruggen.

Warmteopslag is niet de enige nuttige efficiëntie-verhogende maatregel. Kempkes: “Nog warmer kunnen telen zou de dingen ook makkelijker maken. Bij een hogere kastemperatuur vraagt het in verhouding minder kWh elektriciteit per liter vocht die je uit de kas haalt.”

Arbeidsbesparing

In de komkommerproef staat een onbelichte hogedraadteelt met het meeldauwtolerante ras UpTrace. Er is 18 januari geplant, met 1,7 planten per vierkante meter. Begin maart is de stengeldichtheid in de helft van de kas verdubbeld naar 3,4 stengels per vierkante meter. Dit vraagt best veel arbeid. In de andere helft van de kas wordt nu gekeken of er arbeidsbesparing mogelijk is met slechts 2,55 stengels per vierkante meter, en of daarbij toch een vergelijkbare opbrengst valt te realiseren. Daar is om de andere plant verdubbeld.

De snoeistrategie is aangepast. Bij de 3,4 stengels per vierkante meter wordt om en om een vrucht aangehouden in de oksels, wat in de praktijk ook het makkelijkst uit te leggen is aan personeel. Bij de 2,55-variant wordt iedere week een setje van twee vruchten aangehouden. Dat kan nog verder opgevoerd worden als de hoeveelheid buitenlicht dat toelaat. Den Bakker: “De factor arbeid wordt duurder. Het aantal arbeidsuren zal dus terug moeten. Dat is op deze manier met minder stengels te bereiken.”

Met de stengeldichtheid valt op arbeid te besparen.

Tot op heden zijn er aan de productiekant nog geen verschillen waar te nemen in de stengeldichtheid-vergelijking. Minder stengels betekent een lagere bladoppervlakte-index (LAI). Dat is gunstig, want de LAI is in een komkommerteelt makkelijk te hoog. Kempkes: “Een komkommer is een plant die eigenlijk te hard groeit. Die moet je tot rust dwingen.” Den Bakker: “Bij 2,55 stengels gaat het makkelijker om die LAI omlaag te krijgen. Daar zit winst in.”

De grens aan een lagere stengeldichtheid wordt in de proef wel bereikt, met oog op de plantbelasting. Den Bakker: “Als je nog ruimer zou willen gaan, dan moet je bijna in iedere oksel een komkommer aanhouden. Daar is het huidige rassenassortiment nog niet geschikt voor.” Al is het ideaalbeeld wel dat er vanuit de veredeling komkommerrassen gaan komen waarbij met minder bladaanmaak per week in ieder oksel een vrucht aangehouden kan worden. “Dan kun je pas echt stappen maken in arbeidsbesparing. Daarnaast heb je met minder bladmassa in de kas ook een lagere verdamping wat energie technisch ook voordelen biedt.”