DE102012017665A1

DE102012017665A1 - Verfahren zur Temperierung eines Gewächshauses

Info

Publication number: DE102012017665A1
Application number: DE201210017665
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Hübner
Original assignee: RWE Power AG
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Gewächshauses, bei dem mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher Luft in dem Gewächshaus erwärmt wird, wobei die Wärmetauscher von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden und wobei das Wärmeträgermedium seine Wärme aus einem thermischen Kraftwerksprozess bezieht. Es wird vorgeschlagen, dass die Energiezufuhr zu den Wärmetauschern mittels einer Regelung der Temperatur des Wärmeträgermediums und/oder mittels einer Anpassung des Massenstroms des Wärmeträgermediums geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Gewächshauses, bei dem mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher Luft in dem Gewächshaus erwärmt wird, wobei die Wärmetauscher von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden und wobei das Wärmeträgermedium seine Wärme aus einem thermischen Kraftwerksprozess bezieht.
Die Warmlufterzeugung und deren Verteilung in Gewächshäusern sind seit langem bekannt. Als Wärmquellen dienen dabei regelmäßig Wärmeerzeuger mit relativ hohen Temperaturen. Der hierzu benötigte Primärenergiebedarf wird beispielsweise mittels Öl-, Kohle- oder Gasbrennern, vereinzelt auch mittels Erdwärme in Kombination mit Wärmepumpen zur Verfügung gestellt. Meistverbreitet ist die Rohrleitungsheizung, bei der Wasser mit Vorlauftemperaturen von 70°C durch in mehreren Ebenen waagerecht angebrachte Stahlrohre, die als Wärmetauscher dienen, gepumpt wird. An den Rohraußenwänden erwärmt sich die Luft wodurch eine entsprechende Thermik aufbaut wird, die dann die Wärmeverteilung bewirkt. Nachteilig wirkt sich die Trägheit solcher Systeme auf das Klima im Gewächshaus aus. Die in den Rohren gespeicherte Energie kann nicht kurzfristig geändert werden, wodurch eine Überhitzung des Raumes erfolgen kann. Dem wird regelmäßig mittels Öffnen von Lüftungsklappen im Dachbereich entgegengewirkt. Dabei sinkt auch der zur Düngung künstlich erhöhte CO₂-Gehalt auf den Umgebungsluftwert zurück und eine erneute Eindüsung des teuren Gases wird erforderlich. Es bestehen somit erhebliche Optimierungsmöglichkeiten bei der energetischen Effizienz derartiger Systeme.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die energetische Effizienz einer Gewächshausklimatisierung zu erhöhen sowie die Klimasteuerung zu optimieren.
Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zu Grunde, dass bei thermischen Kraftwerken Energie in Form von Wärme anfällt, die nicht immer vollständig genutzt werden kann. Dies betrifft insbesondere niederkalorische Wärme im Bereich von ca. 25–35°C. Durch Nutzbachmachung dieser Wärme zu Heizzwecken kann der Primärenergiebedarf für die Wärmegestellung auf ca. 10% gegenüber einer konventionellen Beheizung gesenkt werden sowie der Energiebedarf für die Wärmeverteilung und Erzeugung der erforderlichen Luftströmung deutlich verringert werden.
Weiterhin soll mit dem System eine hohe Flexibilität bei der Wärmezufuhr erreicht werden, um insbesondere eine stärker bedarfsorientierte Temperierung realisieren zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere der Warmlufterzeugung aus niedrig temperierten Wärmequellen, der Verteilung derselben sowie der Erzeugung der notwendigen Luftströmung in der Unterglaslandwirtschaft. Letzteres zur Vergleichmäßigung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit im umbauten Bereich und Verhinderung des Kondensierens an den Gebäudeaußenflächen mit unkontrolliertem Abtropfen auf die Kulturpflanzen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Temperierung eines Gewächshauses vorgesehen, bei dem mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher Luft in dem Gewächshaus erwärmt wird. Üblicherweise ist in einem Gewächshaus für eine gleichmäßige Temperierung eine Vielzahl von Wärmetauschern in Form von Rohren vorgesehen, die ein Wärmeträgermedium führen und Luftumströmt sind. Das Wärmeträgermedium kann seine Energie beispielsweise indirekt aus einem mit einem thermischen Kraftwerk gekoppelten Wärmetauscher beziehen oder, wie hier, vorzugsweise unmittelbar dem Kraftwerksprozess entnommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun vorgesehen, dass die Energiezufuhr zu den Wärmetauschern geregelt wird.
Bisherige Systeme haben das Wärmeträgermedium in der vorliegenden Form ohne weitere Konditionierung durch die Wärmetauscher geführt, mit der Folge, dass die Luft im Gewächshaus zu stark oder zu wenig erwärmt wurde, jedenfalls in den seltensten Fällen optimal war. Ein anschließendes ”Gegenlüften” führte wiederum zu einer für die Pflanzen ungünstigen, ungleichmäßigen Temperaturverteilung und dem Verlust des teuren Düngergases CO₂.
Hier wird vorliegend Abhilfe geschaffen, in dem die Energiezufuhr zu den Wärmetauschern geregelt wird. Dies geschieht entweder durch die Regelung der Vorlauftemperatur der Wärmetauscher auf eine Solltemperatur von beispielsweise 30°C und/oder durch Anpassung des Massenstroms vom Wärmeträgermedium.. Hierdurch ist eine Luftverteilung im Gewächshaus auch ohne weitere Zuführung von Wärmeenergie möglich.
Die Temperaturregelung erfolgt vorzugsweise in einer oder mehreren Wärmeträgermischeinheiten. In diese Mischeinheiten wird einerseits das aus dem Kraftwerk erwärmte Wärmeträgermedium geleitet sowie ein kühleres Wärmeträgermedium. Bei dem kälteren Wärmeträgermedium kann es sich beispielsweise um den Rücklauf der Wärmetauscher aus dem Gewächshaus handeln und/oder um einen Frischwasseranschluss.
Die Temperierung in den Mischeinheiten erfolgt derart, dass in Abhängigkeit von einer Temperaturmessung der Vorlauftemperatur für die Wärmetauscher eine Regelung der Zuläufe der Mischeinheiten erfolgt. In einfachster Ausgestaltung handelt es sich bei den Mischeinheiten um entsprechend gesteuerte Mischventile. Die Mischventile können bei Bedarf zudem so geregelt werden, dass ein Umlaufbetrieb zwischen Vor- und Rücklauf entsteht, wodurch dem System keine weitere Wärmeenergie zugeführt wird.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung wird auch die Zulauftemperatur zu den Mischeinheiten erfasst und bei der Temperaturregelung berücksichtigt.
In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt zudem eine Erfassung und Berücksichtigung des aktuellen Wärmebedarfs in dem Gewächshaus in Abhängigkeit von der aktuellen Raumtemperatur sowie der aktuellen Außentemperatur.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung wird die Energiezufuhr zu den Wärmetauschern durch elektronisch geregelte Pumpen gesteuert. Die Ansteuerung erfolgt über eine Klimaregelung, in der die aktuellen Klimaparameter berücksichtigt werden. Bei dieser Ausgestaltung können die zuvor beschriebenen Mischventile entfallen. Auch hierbei ist eine Luftverteilung im Gewächshaus ohne weitere Zuführung von Wärmeenergie möglich. Dies erfolgt in der Art, dass die Pumpen auf null geregelt werden.
Aus bisherigen Erfahrungen hat sich gezeigt, dass die direkte Verwendung eines Wärmeträgermediums aus einem Kraftwerksprozess, d. h. vor allem die direkte Verwendung von Kühlwasser, zu Verschmutzungen und Ablagerungen in den Wärmetauschern führen kann. In bevorzugter Ausgestaltung wird daher als Wärmeträgermedium deionisiertes Wasser verwendet, um derartige Ablagerungen zu vermeiden.
Besonders bevorzugt wird hierzu das Wärmeträgermedium eines Zwischenkühlwasserkreislaufs eines thermischen Kraftwerks entnommen, da es sich hierbei einerseits bereits um deionisiertes Wasser handelt und dieses andererseits bereits auf einem Temperaturniveau von ca. 30°C bis ca. 35°C vorliegt. Dieses Wärmeträgermedium wird bevorzugt unmittelbar, d. h. ohne zwischengeschalteten Wärmetauscher verwendet.
Um eine effiziente Verteilung der Wärme in dem Gewächshaus zu ermöglichen, sind die Wärmetauscher bevorzugt in so genannten Heizmodulen bzw. Heizregistern angeordnet. Ein Heizmodul enthält dabei neben einem oder mehreren Wärmetauschern auch ein oder mehrere Ventilatoren, um die zu erwärmende Luft zwangsweise an den Wärmetauschern vorbeizuführen.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung sind die Lüfter oberhalb der Wärmetauscher angeordnet und saugen die zu erwärmende Luft durch die Wärmetauscher. Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung gegenüber einer Gebläseanordnung eine effizientere Erwärmung der Luft zur Folge hat und somit kleinere Module vorgesehen werden können.
Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung in dem Gewächshaus zu erzielen, ist es ggf. erforderlich einzelne Heizmodule oder auch Gruppen von Heizmodulen unterschiedlich zu regeln. Die Regelung sieht insofern eine einzelne oder gruppenweise Steuerung der Heizmodule insbesondere hinsichtlich der Intensität der Lüfter vor. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von lokal in dem Gewächshaus gemessenen Temperaturen automatisiert erfolgen.
Aufgrund des hohen Luftdurchsatzes durch die Heizmodule kommt es gelegentlich zu Verunreinigungen in den Modulen, die beseitigt werden müssen. Um eine einfache Wartung und Reinigung, ggf. auch im Betrieb zu ermöglichen, sind sogenannte Wartungsklappen vorgesehen, die vorzugsweise schwenkbar gelagert sind.
In bevorzugter Ausgestaltung übernehmen die Wärmetauscher diese Funktion, indem diese schwenkbar am Gehäuse befestigt und so einer einzelnen Person ermöglichen, durch nach unten klappen, ohne aufwändige Hilfsmittel das Gehäuse zu öffnen und zu reinigen.
Nach Ausschalten des oder der Lüfter eines Heizmoduls kann eine Reinigung ohne besondere Verletzungsgefahr erfolgen, da die Wärmetauscherrohre nicht übermäßig heiß sind.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt:
1 in schematischer Darstellung die Temperaturstabilisierung zur Regelung der Vorlauftemperatur und
2 eine perspektivische Darstellung eines Heizmodul mit Wärmetauscher, und Ventilatoren.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelung der Vorlauftemperatur einer Temperierungseinrichtung eines Gewächshauses. Dem zu temperierenden Gewächshaus wird hierbei Energie in Form von Wärme mittels mehrerer von einem Wärmeträgermedium durchströmten Wärmetauschern zugeführt. Die Wärmetauscher sind in einem Heizmodul 1 angeordnet.
In einem Gewächshaus ist üblicherweise eine Vielzahl von Heizmodulen 1 angeordnet.
Bei dem Wärmeträgermedium handelt es sich hier und vorzugsweise um erwärmtes Wasser, das einem thermischen Kraftwerksprozess entnommen wird.
Das Wärmeträgermedium wird aus einem Vorlauf 2 mit einer Vorlauftemperatur üblicherweise im Bereich von ca. 30° bis 42°C einer Mischeinheit 3 zugeführt. In der Mischeinheit 3 erfolgt eine Mischung des Wärmeträgermediums mit einem kälteren Wärmeträgermedium.
Das kältere Wärmeträgermedium wird über einen Zulauf 4 in die Mischeinheit 3 geführt. Der Zulauf 4 wird vorliegend aus einem Rücklauf 5 der Wärmetauscher 1 gespeist. Alternativ oder ergänzend kann der Zulauf 4 zudem aus einem Frischwasserzulauf oder dergleichen gespeist werden.
Bei der Mischeinheit 3 handelt es sich vorliegend um ein Mischventil, in dem das kältere und das warme Wärmeträgermedium gemischt werden. Der aus dem Mischventil heraus führende Vorlauf 6 weist dann eine Mischtemperatur auf, die abhängig ist von den jeweiligen Vorlauftemperaturen sowie dem jeweiligen Volumenstrom. Der jeweilige Volumenstrom ist dabei regelbar durch das Mischventil 3. Die Regelung erfolgt bei der hier gezeigten Ausgestaltung automatisch in Abhängigkeit von der Mischtemperatur des Vorlaufs 6. Hierzu wird diese Temperatur an einer Messstelle 7 erfasst und an eine Regeleinheit 8 an dem Mischventil übermittelt.
Der Mischeinheit 3 nachgeschaltet ist vorliegend eine Pumpenanordnung 9 angeordnet, die das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher pumpt. Die Pumpenanordnung 9 kann dabei eine oder mehrere Pumpen aufweisen. Hier und vorzugsweise ist die Pumpenanordnung 9 elektronisch geregelt. Mittels der Regelung wird dann insbesondere der Massenstrom des Wärmetauschermediums gesteuert. Diese Steuerung erfolgt insbesondere in Abhängigkeit von einer Klimaregelung anhand der Raumtemperatur und der Außentemperatur sowie in Abhängigkeit von der Steuerung der Lüfter.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung das Heizmodul 1. Das Heizmodul 1 weist ein Gehäuse 10 auf, innerhalb dessen die Wärmetauscher angeordnet sind.
Vorliegend weist das Gehäuse 10 zudem eine Wartungsklappe 11 auf, die um eine Schwenkachse 12 schwenkbar gelagert ist. Bei nach unten geschwenkter Wartungsklappe 11 kann somit eine einfache Wartung und Reinigung der Heizmodule 1 erfolgen. Im Betrieb ist die Wartungsklappe 11 durch Rastverschlüsse 13 oder ähnliches (Bolzen, Haken) gesichert.
Hier und vorzugsweise sind die Wärmetauscher innerhalb der Wartungsklappe 11 angeordnet, werden bei Öffnung der Wartungsklappe 11 also mit nach unten geschwenkt. Oberhalb der Wartungsklappe 11 beinhaltet das Gehäuse 10 dann noch ausreichend Volumen, um eine gleichmäßige Luftströmung zu ermöglichen.
Das Gehäuse 10 weist ferner Lüfter 14 auf, die hier an der Oberseite des Gehäuses 10 angeordnet sind. Die Lüfter 14 sind elektronisch gesteuert, insbesondere in Abhängigkeit von der Klimaregelung.

Claims

Verfahren zur Temperierung eines Gewächshauses, bei dem mittels eines oder mehrerer Wärmetauscher Luft in dem Gewächshaus erwärmt wird, wobei die Wärmetauscher von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden und wobei das Wärmeträgermedium seine Wärme aus einem thermischen Kraftwerksprozess bezieht, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr zu den Wärmetauschern mittels einer Regelung der Temperatur des Wärmeträgermediums und/oder mittels einer Anpassung des Massenstroms des Wärmeträgermediumsgeregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturregelung eine Messung der Temperatur des Wärmeträgermediums durchgeführt wird, insbesondere stromabwärts hinter einer Wärmeträgermedium-Mischeinheit.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch das Wärmeträgermedium in einer Wärmeträgermedium-Mischeinheit temperiert wird, vorzugsweise durch Mischung des warmen Wärmeträgermediums mit einem bereits abgekühlten Wärmeträgermedium.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch das Wärmeträgermedium mittels Anpassung des Massenstroms des Wärmeträgermediums, insbesondere durch elektronisch geregelte Pumpen, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das warme Wärmeträgermedium unmittelbar einem thermischen Kraftwerksprozess entnommen wird, vorzugsweise, dass das Wärmeträgermedium dem Zwischenkühlwassererkreislauf eines thermischen Kraftwerks entnommen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft durch Heizmodule geleitet wird, die die Wärmetauscher sowie Lüfter aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfter der Heizmodule einzeln und/oder gruppenweise angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr und/oder die Temperaturregelung des Wärmeträgermediums und/oder die Ansteuerung der Lüfter in Abhängigkeit von der Klimaregelung, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur der Raumluft, erfolgt.
Heizmodul, insbesondere geeignet für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Wärmetauscher und mindestens einem Lüfter, wobei der Wärmetauscher und der Lüfter an oder in einem Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter oberhalb der Wärmetauscher angeordnet ist.
Heizmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Wartungsklappe aufweist, die vorzugsweise schwenkbar gelagert ist, vorzugsweise, dass der Wärmetauscher selbst als Wartungsklappe ausgebildet ist.