DE102013217286B4

DE102013217286B4 - Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus

Info

Publication number: DE102013217286B4
Application number: DE201310217286
Authority: DE
Inventors: Uwe Schmidt
Original assignee: Humboldt Universitaet zu Berlin
Current assignee: Humboldt Universitaet zu Berlin
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: DE102013217286A1; WO2015028470A1

Abstract

Eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus umfasst mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus. Dabei ist vorgesehen, dass die Trägereinrichtung (21) zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung (20) ausgebildet ist derart, dass die mindestens eine Rohrleitung (20) zwischen einer oberen Stellung (h2) und einer unteren Stellung (H0) verstellbar ist. Auf diese Weise wird eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus zur Verfügung gestellt, die zum einen einen wirtschaftlich günstigen Kühlbetrieb bei für Pflanzen günstiger Kühlung ermöglicht, zum anderen aber einen Nachteil durch eventuelle Abschattung eines Lichteinfalls auf Pflanzen vermeidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Gewächshaus mit einer Wärmetauschereinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus.
Eine derartige Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus umfasst mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus.
Infolge der Verknappung der Ressourcen und des damit verbundenen Anstieges der Energiepreise stellen Gartenbaubetriebe mit Gewächshäusern heutzutage auf die Versorgung mit alternativen Energien um. Um hierbei Solarenergie aus geschlossen betriebenen Gewächshäusern gewinnen zu können, ist erforderlich, Gewächshäuser zu kühlen. Die Kühlung der Gewächshäuser durch Wärmeentzug bei geschlossener Lüftung bringt hierbei insbesondere im Sommer bei hohen Außentemperaturen zudem den Vorteil, dass technisches CO₂ zur Steigerung der Fotosyntheseraten der Pflanzen ganztätig in die Gewächshäuser eingeleitet werden kann, ohne dass eingeleitetes CO₂ über die Lüftung wieder entweichen kann. Eine Kühlung von Gewächshäusern ist zudem insbesondere bei hohen Temperaturen erforderlich, um in den Gewächshäusern gezüchtete Pflanzen zu schützen.
Um Gewächshäuser zu kühlen, sind im Wesentlichen drei Ansätze verfolgt worden. Zum einen kann Wärme aus Gewächshäusern über einen Luftaustausch mittels eines geeigneten Lüftungssystems entzogen werden. Zum zweiten kann eine Kühlung über eine Wärmetauschereinrichtung durch Verwendung geeigneter Kältetechnik erreicht werden. Und zum dritten kann eine so genannte Latentkühlung über Nebelsysteme oder eine Mattenkühlung bewirkt werden.
Eine Kühlung durch Luftaustausch oder unter Verwendung einer Wärmetauschereinrichtung hat herkömmlich den Nachteil, dass vergleichsweise große Luftmengen bewegt werden müssen, um einen Luftaustausch in einem Gewächshaus zu bewirken oder die zu kühlende Luft an einem Wärmetauscher vorbei zu bewegen. Bei der herkömmlich üblichen Verwendung von Wärmetauschern, die an einem Ort im Gewächshaus installiert sind, besteht zudem der Nachteil, dass die Temperatur- und Feuchtigkeitsverteilung im Gewächshaus vergleichsweise ungleichförmig ist, bedingt dadurch, dass in der Regel warme Luft in einem Dachraum eines Gewächshauses angesaugt und nach Vorbeiführen an dem Wärmetauscher kühle, trockene Luft wieder in das Gewächshaus eingeblasen wird.
Als Alternative zu solchen Wärmetauschereinrichtungen, die warme, feuchte Luft ansaugen und kühle, trockene Luft ausblasen, sind Untersuchungen durchgeführt worden zur Verwendung von frei in einem Gewächshaus installierten Wärmetauschereinrichtungen, die das Gewächshaus kühlen und den durch die Pflanzen abgegebenen Wasserdampf auskondensieren (vgl. z. B. den Artikel von J. B. Campen et al., „Dehumidification in Greenhouses by Condensation an Finned Pipes”, Biosystems Engineering (2002), 82 (2), 177–185). Solche Wärmetauschereinrichtungen weisen durchlaufende Rohrleitungen, beispielsweise Spiralrippenrohre, auf, die in einem Dachraum eines Gewächshauses fest installiert sind und somit von aufsteigender, warmer, feuchter Luft im Gewächshaus umströmt werden.
Die Verwendung von solchen in einem Dachraum eines Gewächshauses installierten Wärmetauschereinrichtungen für die Kühlung des Gewächshauses bringt den Vorteil mit sich, dass keine Ventilatoren zur Bewegung der Luft erforderlich sind, was den Energiebedarf für den Gewächshausbetrieb reduziert. Zudem kann mit solchen im Dachraum installierten Wärmetauschereinrichtungen mit durchlaufenden Rohrleitungen eine gleichförmige Temperatur- und Feuchteverteilung über einer Kulturfläche in einem Gewächshaus erreicht werden.
Solche Wärmetauschereinrichtungen bringen aber auch den Nachteil mit sich, dass die Installation im Dachraum eines Gewächshauses zu einer Abschattung und somit zu einem verminderten Lichteinfall auf im Gewächshaus befindliche Pflanzen führen kann. Aufgrund des verminderten Lichteinfalls bedingt durch die durch die installierten Rohrleitungen bewirkte Abschattung sind solche Wärmetauschereinrichtungen bisher nicht in großem Maße eingesetzt worden.
Die DE 10 2012 110242 B3 offenbart eine Belüftungsanlage für ein Gewächshaus, bei der ein Ventilator zur Erzeugung einer Luftströmung über ein Tragelement in seiner Höhe relativ zu einer Decke verstellt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus, ein Gewächshaus mit einer Wärmetauschereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die zum einen einen wirtschaftlich günstigen Kühlbetrieb bei für Pflanzen günstiger Kühlung ermöglichen, zum anderen aber einen Nachteil durch eventuelle Abschattung eines Lichteinfalls auf Pflanzen vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist die Trägereinrichtung zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung ausgebildet derart, dass die mindestens eine Rohrleitung zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung verstellbar ist.
Die obere Stellung kann insbesondere bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung in einem Gewächshaus einem Dach des Gewächshauses angenähert sein, während die untere Stellung sich bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung in einem Gewächshaus unterhalb einer Pflanzenrinne, in der Pflanzen anzuordnen sind, befindet.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, Rohrleitungen einer Wärmetauschereinrichtung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem (kühlen) Fluid durchströmt werden, nicht fest in einem Gewächshaus zu installieren, sondern beweglich in einem Gewächshaus anzuordnen derart, dass sie zwischen unterschiedlichen Stellungen verstellt werden können. Hierzu sind die Rohrleitungen über eine Trägereinrichtung in einem Gewächshaus installiert, wobei mittels der Trägereinrichtung die Rohrleitungen zwischen einer oberen Stellung, in der die Rohrleitungen beispielsweise in einem Dachraum eines Gewächshauses angeordnet sind, und einer unteren Stellung, in der die Rohrleitungen beispielsweise unterhalb von im Gewächshaus befindlichen Rinnen zur Aufnahme von Pflanzen angeordnet sind, verstellt werden können. Insbesondere in der oberen Stellung kann ein wirkungsvoller Kühlbetrieb bewirkt werden, indem die Rohrleitungen von einem Fluid zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus durchströmt werden. In die untere Stellung können die Rohrleitungen hingegen überführt werden, um eine Abschattung von in dem Gewächshaus befindlichen Pflanzen zu vermeiden. Die Rohrleitungen können beispielsweise tageszeitabhängig in die untere Stellung verfahren werden, um beispielsweise morgens bei (noch) vergleichsweise geringem Lichteinfall eine Abschattung der Pflanzen zu vermeiden. Erst später am Tag, wenn der Lichteinfall stärker geworden ist und somit eine Abschattung der Pflanzen durch die Rohrleitungen weniger nachteilig oder gar vernachlässigbar ist, können die Rohrleitungen dann in ihre obere Stellung verfahren werden, um bei im Tagesverlauf ansteigender Temperatur eine Kühlung des Gewächshauses zu bewirken.
Vorteilhafterweise kann die mindestens eine Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung auch in eine oder mehrere Zwischenstellungen zwischen der oberen Stellung und der unteren Stellung verstellt werden. Beispielsweise kann zumindest eine mittlere Stellung zwischen der oberen Stellung und der unteren Stellung vorgesehen sei, die bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung in einem Gewächshaus oberhalb einer oder mehrerer Pflanzenrinnen des Gewächshauses, aber unterhalb der oberen Stellung angeordnet ist. In der mittleren Stellung kann die mindestens eine Rohrleitung somit beispielsweise gerade auf Höhe von in einer Pflanzenrinne angeordneten Pflanzen angeordnet werden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Wärmetauschereinrichtung anstelle des Kühlbetriebs auch in einem Wärmbetrieb zum Wärmen der Pflanzen betrieben werden kann, wie nachfolgend noch erläutert werden soll.
In der oberen Stellung ist die mindestens eine Rohrleitung in einem Dachraum eines Gewächshauses aufgehängt und befindet sich somit oberhalb von im Gewächshaus befindlichen Pflanzen, so dass die mindestens eine Rohrleitung von aufsteigender warmer, feuchter Luft umströmt werden kann. In der unteren Stellung hingegen befindet sich die mindestens eine Rohrleitung unterhalb der Pflanzen beispielsweise in der Nähe eines Bodens des Gewächshauses, wobei eine Ablageeinrichtung zum Ablegen der mindestens einen Rohrleitung in der unteren Stellung vorgesehen sein kann, um die mindestens eine Rohrleitung in der unteren Stellung in definierter Position aufzunehmen.
Mittels der Ablageeinrichtung kann die mindestens eine Rohrleitung insbesondere so abgelegt werden, dass die mindestens eine Rohrleitung für den üblichen Betrieb des Gewächshauses nicht hinderlich ist und ohne weiteres auf die Pflanzen im Gewächshaus zugegriffen werden kann. Beispielsweise kann mittels der Ablageeinrichtung die mindestens eine Rohrleitung in einer Position seitlich von Fahrwegen in einem Gewächshaus gehalten werden, so dass in einem Gewächshaus verwendete Fahrzeuge, beispielsweise ein Hubplattformwagen für Pflege- und Erntearbeiten, ungehindert entlang der vorgesehenen Fahrwege verfahren werden kann.
An der mindestens einen Rohrleitung kann, wie ebenfalls nachfolgend noch erläutert werden soll, eine Kondensatrinne zum Auffangen von Kondensat, das von der Rohrleitung abtropft, vorgesehen sein. Um beim Ablegen der mindestens einen Rohrleitung eine Beschädigung der Kondensatrinne oder von deren Aufhängung an der Rohrleitung zu verhindern, ist vorteilhafterweise in eine Ablagefläche der Ablageeinrichtung eine Sicke eingeformt, in die die Kondensatrinne eingelegt werden kann und die die Kondensatrinne in abgelegter Position schützend aufnimmt.
Die Trägereinrichtung dient dazu, die mindestens eine Rohrleitung in einem Gewächshaus verstellbar aufzuhängen. Die Trägereinrichtung kann hierzu eine Verstelleinrichtung, beispielsweise in Form eines Verstellseils oder eines anderen Aufhängemittels, zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung zwischen der oberen Stellung und der unteren Stellung aufweisen. Die Verstelleinrichtung ist dabei vorzugsweise an einer geeigneten Aufhängeeinrichtung, beispielsweise in Form von Seilrollen, an einer Dachstruktur des Gewächshauses aufgehängt, so dass durch Verstellen der Verstelleinrichtung entlang einer im Wesentlichen der Schwerkraftrichtung entsprechenden Verstellrichtung die mindestens eine Rohrleitung zwischen ihrer oberen Stellung und ihrer unteren Stellung verstellt werden kann.
Die Trägereinrichtung kann aber auch als Ständer- oder Führungseinrichtung ausgebildet sein, mittels derer die mindestens eine Rohrleitung verstellbar auf einem Gewächshausboden aufgeständert ist oder mittels derer die mindestens eine Rohrleitung in geführter Weise z. B. entlang geeigneter, beispielsweise zwischen dem Gewächshausboden und einer Dachstruktur erstreckter Führungsschienen zwischen ihrer oberen Stellung und ihrer unteren Stellung verstellt werden kann.
Die Trägereinrichtung weist eine geeignete Antriebsvorrichtung auf, mittels derer die mindestens eine Rohrleitung aus ihrer oberen Stellung (im Zusammenwirken mit der Schwerkraft) abgesenkt oder in Richtung der oberen Stellung angehoben werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann die Wärmetauschereinrichtung entweder in einem Kühlbetrieb oder in einem Wärmbetrieb betrieben werden. Im Kühlbetrieb entzieht die Wärmetauschereinrichtung Wärme aus dem Gewächshaus, wobei die Wärme vorteilhafterweise gespeichert wird, um auf diese Weise Energie zu gewinnen. Im Wärmbetrieb hingegen gibt die Wärmetauschereinrichtung Wärme ab, um im Gewächshaus befindliche Pflanzen zu wärmen, wobei für den Wärmbetrieb beispielsweise vorher entzogene und gespeicherte Wärme verwendet und wieder abgegeben werden kann.
Um die Wärmetauschereinrichtung im Kühlbetrieb oder im Wärmbetrieb zu betreiben, wird ein geeignetes Fluid, beispielsweise Wasser, durch die mindestens eine Rohrleitung geleitet, wobei im Wärmbetrieb ein erstes Fluid und im Kühlbetrieb ein zweites Fluid, das sich in seiner Temperatur von dem ersten Fluid unterscheidet, durch die mindestens eine Rohrleitung geleitet wird. Das (zweite) Fluid für den Kühlbetrieb weist hierbei vorzugsweise eine Temperatur unter dem Taupunkt der die Rohrleitung umgebenden Umgebungsluft auf, so dass mittels des vergleichsweise kühlen Fluids eine Kühlung erreicht werden kann. Das (erste) Fluid für den Wärmbetrieb hingegen weist eine vergleichsweise hohe Temperatur, jedenfalls eine Temperatur oberhalb der Temperatur der Umgebungsluft, auf, um ein Wärmen der Umgebungsluft zu bewirken.
Das erste Fluid für den Wärmbetrieb kann beispielsweise eine Temperatur 80°C aufweisen. Das zweite Fluid für den Kühlbetrieb hingegen kann beispielsweise eine Temperatur von 10°C aufweisen.
Um die Wärmetauschereinrichtung im Wärmbetrieb oder im Kühlbetrieb zu betreiben, ist die mindestens eine Rohrleitung beispielsweise über geeignete flexible Schläuche an einen oder mehrere Verteiler angeschlossen, die dazu ausgebildet sind, ein erstes Fluid für den Wärmbetrieb oder ein zweites Fluid für den Kühlbetrieb durch die Rohrleitung zu leiten. Durch Steuerung des Verteilers kann die Wärmetauschereinrichtung somit wahlweise im Wärmbetrieb oder im Kühlbetrieb betrieben werden.
Durch die Verwendung der mindestens einen Rohrleitung auch für einen Wärmbetrieb kann auf eine zusätzliche Heizung in einem Gewächshaus grundsätzlich verzichtet werden.
Der Verteiler kann insbesondere ausgebildet sein, in unterschiedlichen Stellungen der mindestens einen Rohrleitung unterschiedliche Fluide in die mindestens eine Rohrleitung einzuleiten. So kann die Wärmetauschereinrichtung beispielsweise in der oberen Stellung der mindestens einen Rohrleitung im Kühlbetrieb betrieben werden, so dass mittels Durchströmen der mindestens einen Rohrleitung mit einem geeigneten, kühlenden Fluid Wärme aus der die mindestens eine Rohrleitung umströmenden warmen, feuchten Luft entzogen werden kann. In der mittleren Stellung, in der die mindestens eine Rohrleitung in einer Pflanzenrinne angeordneten Pflanzen angenähert ist, kann die Wärmetauschereinrichtung hingegen beispielsweise im Wärmbetrieb betrieben werden, so dass durch Abgabe von Wärme die Pflanzen gewärmt werden können.
Zur Steuerung der Trägereinrichtung zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung und auch zum Steuern des Verteilers ist vorzugsweise eine Steuereinrichtung vorgesehen, die eine Steuerung beispielsweise in Abhängigkeit von einem Temperaturkennwert oder einem Lichtintensitätskennwert oder in Abhängigkeit von der Zeit bewirken kann. So kann beispielsweise mindestens eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens eines Temperaturkennwerts und/oder eines Lichtintensitätskennwerts vorgesehen sein, die an die Steuereinrichtung angeschlossen ist und in Abhängigkeit von deren Sensordaten die Steuereinrichtung die Trägereinrichtung und/oder den Verteiler steuert.
So kann die mindestens eine Rohrleitung beispielsweise bei hohen Temperaturen in die obere Stellung verfahren werden, um in einem Kühlbetrieb eine Kühlung des Gewächshauses zu bewirken. Bei niedrigen Temperaturen hingegen kann die Wärmetauschereinrichtung in einem Wärmbetrieb betrieben werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die mindestens eine Rohrleitung in Abhängigkeit von einer gemessenen Lichtintensität in die untere Stellung zur Vermeidung von einer Abschattung oder in die obere Stellung verfahren werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass die Lichtintensität gering ist, so kann die mindestens eine Rohrleitung in die untere Stellung abgesenkt werden. Ist die Lichtintensität hingegen so stark, dass nachteilige Effekte aufgrund einer Abschattung durch die mindestens eine Rohrleitung in der oberen Stellung vernachlässigt werden können, so kann die mindestens eine Rohrleitung angehoben werden.
Generell kann auch eine Steuerung in Abhängigkeit von der Tageszeit erfolgen. So kann die mindestens eine Rohrleitung frühmorgens bei aufgehender Sonne in die untere Stellung gefahren werden, um bei morgendlicher, vergleichsweise schwacher Lichtintensität eine Abschattung zu vermeiden. Wird dann im Tagesverlauf die Lichtintensität stärker und steigt demzufolge auch die Temperatur im Gewächshaus an, so kann die mindestens eine Rohrleitung in die obere Stellung verfahren werden, um eine Kühlung des Gewächshauses zu bewirken.
Insbesondere bei kalten Außentemperaturen beispielsweise im Winter ist zudem denkbar, frühmorgens die mindestens eine Rohrleitung in die mittlere Stellung oder auch die obere Stellung zu verfahren, um insbesondere frühmorgens in einem Wärmbetrieb ein Wärmen der Pflanzen im Gewächshaus zu bewirken. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn in einem Gewächshaus Energieschirme zur energetischen Abschottung eines Dachraums des Gewächshauses verwendet werden. Im Winter bei kalten Außentemperaturen kann sich die Luft in einem Dachraum oberhalb der Energieschirme stark abkühlen. Werden frühmorgens die Energieschirme geöffnet, sackt diese kalte Luft in das Gewächshaus ab. Durch Erwärmung der Luft können in einem solchen Fall Stresseinflüsse an den Pflanzen vermieden werden.
Im Kühlbetrieb durchströmt ein vergleichsweise kühles Fluid die mindestens eine Rohrleitung, so dass durch Wärmeentzug aus der die mindestens eine Rohrleitung umströmenden warmen Luft eine Kühlung der Luft bewirkt wird. Durch den hierbei stattfindenden Energieübergang von der warmen Luft auf das kühle Fluid wird der Luft so genannte sensible Wärme entzogen. Zusätzlich kommt es an der durch das kühle Fluid durchströmten Rohrleitung zur Kondensation der in der warmen, feuchten Luft enthaltenen Luftfeuchtigkeit. Diese Luftfeuchtigkeit entsteht durch die pflanzliche Transpiration, infolge derer sich Pflanzenblätter unter die Lufttemperatur abkühlen und damit an ihren (vergleichsweise großen) Blattflächen der Luft zusätzlich sensible Wärme entziehen. Durch ihre Transpiration unterstützen die Pflanzenkulturen somit die Kühlleistung der Wärmetauschereinrichtung. Durch Kondensation des transpirierten Wassers der Pflanzenblätter an der mindestens einen Rohrleitung wird der Luft dabei auch die so genannte latente Wärme entzogen.
Um die an der mindestens einen Rohrleitung entstehende Kondensationsflüssigkeit aufzufangen, ist an der mindestens einen Rohrleitung vorzugsweise eine Kondensatrinne angeordnet. Die Kondensatrinne kann beispielsweise (entlang der Schwerkraftrichtung betrachtet) unterhalb der mindestens einen Rohrleitung angeordnet sein, so dass Kondensationsflüssigkeit von der mindestens einen Rohrleitung in die Kondensatrinne tropfen kann.
Die Kondensatrinne kann beispielsweise in Strömungsverbindung mit einem Bewässerungssystem des Gewächshauses stehen. Das in der Kondensatrinne gesammelte Kondensationswasser kann somit in das Bewässerungssystem des Gewächshauses eingeleitet werden, so dass das Kondensat zur Bewässerung der Pflanzen wieder zugeführt werden kann.
Die mindestens eine Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung ist beispielsweis durch ein Spiralrippenrohr ausgebildet, also durch ein Rohr, an dem Spiralrippen angeordnet sind. Grundsätzlich können aber auch andere Rohrleitungen verwendet werden, beispielsweise sogenannte Aluflügelrohre oder auch gänzlich anders ausgestaltete Rohrleitungen. Vorzugsweise kommen Rohrleitungen zum Einsatz, die pro Meter Länge eine vergleichsweise große Oberfläche aufweisen, um einen effizienten Wärmeübergang gewährleisten zu können.
Ein Gewächshaus kann beispielsweise mindestens zwei Energieschirme zum Abschirmen eines Dachraums des Gewächshauses von einem Pflanzenraum unterhalb des Dachraums aufweisen. Die Energieschirme können hierbei relativ zueinander verstellt werden, um in einer geschlossenen Stellung den Dachraum abzuschirmen und in einer geöffneten Stellung einen Luftaustausch zwischen dem Dachraum und dem Pflanzenraum zu ermöglichen und insbesondere einen Lichteinfall über das Dach des Gewächshauses in den Pflanzenraum zuzulassen. Insbesondere bei kalten Außentemperaturen im Winter werden die Energieschirme nachts geschlossen, so dass sich die Lufttemperatur im Dachraum abkühlt, gleichzeitig die Temperatur im Pflanzenraum aber nicht über die Maßen absinkt. Um morgens bei Öffnung der Energieschirme zu verhindern, dass die kalte Luft aus dem Dachraum auf im Pflanzenraum befindliche Pflanzen absinkt und an den Pflanzen Stress verursacht, kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Rohrleitung in der oberen Stellung in den Bereich eines Spalts zwischen den mindestens zwei Energieschirmen gefahren werden kann, um kalte Luft, die den Spalt durchströmt, unmittelbar erwärmen zu können, bevor die Luft auf die Pflanzen trifft. Die kalte Luft umströmt somit die im Bereich des Spalts zwischen den Energieschirmen angeordnete Rohrleitung und wird an dieser erwärmt, so dass es durch die Einleitung der Luft nicht zu einer übermäßigen Abkühlung im Pflanzenraum des Gewächshauses kommt.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus gelöst. Die Wärmetauschereinrichtung umfasst mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus. Dabei ist vorgesehen, dass die Trägereinrichtung die mindestens eine Rohrleitung zwischen einer oberen Stellung und einer unteren Stellung verstellt.
Hierbei wird die Wärmetauschereinrichtung, wie vorangehend geschildert, wahlweise in einem Wärmbetrieb oder einem Kühlbetrieb betrieben. In dem Wärmbetrieb durchströmt ein vergleichsweise warmes, erstes Fluid die mindestens eine Rohrleitung, während in dem Kühlbetrieb ein vergleichsweise kühles, zweites Fluid durch die mindestens eine Rohrleitung geleitet wird.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Gewächshauses mit daran angeordneter Wärmetauschereinrichtung;
2 eine Ansicht einer Rohrleitung einer Wärmetauschereinrichtung;
3 eine Ansicht der Rohrleitung an einer Auflageeinrichtung in einer unteren Stellung;
4 eine schematische Ansicht einer Rohrleitung im Bereich eines Spalts zwischen zwei Energieschirmen des Gewächshauses;
5 eine schematische Draufsicht auf ein Gewächshaus mit darin angeordneten Rohrleitungen einer Wärmetauschereinrichtung; und
6 eine weitere schematische Ansicht eines Gewächshauses mit darin angeordneten Rohrleitungen.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Gewächshaus 1 zum Züchten von Pflanzen 4. Die Pflanzen 4 sind in einem Pflanzenraum 11 angeordnet, oberhalb dessen sich ein durch ein Dach 10 begrenzter Dachraum 100 befindet. Die Pflanzen 4 sind in Pflanzenrinnen 3 auf einem Boden 12 des Gewächshauses 1 angeordnet.
Das Gewächshaus 1 ist, wie an sich bekannt, im Wesentlichen gläsern ausgestaltet, so dass Licht im Wesentlichen ungehindert in das Gewächshaus 1 einfallen und auf die Pflanzen 4 einstrahlen kann. In dem Gewächshaus 1 sind mehrere längserstreckte Pflanzenrinnen 3 beispielsweise parallel zueinander angeordnet, wobei zwischen den Pflanzenrinnen 3 Fahrwege beispielsweise mit parallel zu den Pflanzenrinnen 3 verlaufenden Schienen 50 für ein Fahrzeug 5, beispielsweise einen Hubplattformwagen für Ernte- und Pflegearbeiten, verlaufen. Mit dem Fahrzeug 5 kann entlang der Fahrwege gefahren werden, so dass Personal an den Pflanzen 4 erforderliche Arbeiten durchführen kann.
Das Gewächshaus 1 weist eine Wärmetauschereinrichtung 2 mit insgesamt drei Paaren von Rohrleitungen 20 auf, die über eine Trägereinrichtung 21 an einer Tragstruktur 14 oberhalb des Pflanzenraums 11 des Gewächshauses 1 aufgehängt sind. Die Rohrleitungen 20 sind, wie in 2 veranschaulicht, als Spiralrippenrohre mit radial erstreckten Spiralrippen 200 ausgestaltet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Erstreckungsrichtung der Pflanzenrinnen 3. Die Trägereinrichtung 21 weist eine Verstelleinrichtung 210 in Form von Seilen auf, die an einer Aufhängeeinrichtung 211 in Form von Seilrollen an der Tragstruktur 14 aufgehängt sind.
Mittels der Trägereinrichtung 21 können die Rohrleitungen 20 zwischen einer oberen Stellung H2 und einer unteren Stellung H0 verstellt werden. In der oberen Stellung H2 sind die Rohrleitungen der Tragstruktur 14 und somit dem Dachraum 100 unmittelbar angenähert. In der unteren Stellung H0 hingegen befinden sich die Rohrleitungen 20 unterhalb der Pflanzenrinnen 3, wobei Ablageeinrichtungen 22 zum Aufnehmen der Rohrleitung 20 in der unteren Stellung H0 vorgesehen sind, um die Rohrleitungen 20 in der unteren Stellung H0 seitlich der Fahrwege, insbesondere seitlich der an den Fahrwegen angeordneten Schienen 50, zu platzieren, so dass ein Fahrzeug 5 ungehindert von den Rohrleitungen 20 entlang der Fahrwege fahren kann.
Zudem können die Rohrleitungen 20 in eine mittlere Stellung H1 verfahren werden, in der sie oberhalb der Pflanzenrinnen 3, aber in etwa in Höhe der Pflanzen 4 angeordnet sind.
Die Rohrleitungen 20 können grundsätzlich jede für sich unterschiedlich verstellt werden, wobei auch denkbar ist, ein paarweises Verstellen der Rohrleitungen 20 vorzusehen, wie dies in 1 veranschaulicht ist.
Die Wärmetauschereinrichtung 2 mit ihren Rohrleitungen 20 kann in einem Kühlbetrieb oder einem Wärmbetrieb betrieben werden. Im Kühlbetrieb durchströmt ein vergleichsweise kühles Fluid, das vorzugsweise eine Temperatur unter dem Taupunkt der im Gewächshaus 1 befindlichen Luft aufweist, die Rohrleitungen, wobei sich im Kühlbetrieb die Rohrleitungen 20 vorzugsweise in der oberen Stellung H2 befinden, so dass im Gewächshaus 1 aufsteigende, warme, feuchte Luft die Rohrleitungen 20 umströmen kann. Durch das Umströmen wird der Luft zum einen Wärme entzogen. Zum anderen kondensiert die in der Luft enthaltene Luftfeuchtigkeit an den Rohrleitungen 20, so dass der Luft sowohl sensible als auch latente Wärme entzogen wird.
Im Wärmbetrieb durchströmt ein vergleichsweise warmes Fluid die Rohrleitungen 20. Befinden sich die Rohrleitungen 20 beispielsweise in der mittleren Stellung H1 kann die Luft im Bereich der Pflanzen 4 auf diese Weise erwärmt werden, wobei grundsätzlich die Rohrleitungen 20 für den Wärmbetrieb auch in der unteren Stellung H0 oder der oberen Stellung H2 sein können.
Wie aus 2 ersichtlich, ist unterhalb der als Spiralrippenrohr ausgebildeten Rohrleitung 20 eine Kondensatrinne 201 angeordnet, wobei die Kondensatrinne 201 über Halterungen 202 beispielsweise an einem Rohrabschnitt 203 der Rohrleitung 20 gehalten ist (mehrere Halterungen 202 sind hierbei entlang der Längserstreckungsrichtung der Rohrleitung 20 beabstandet zueinander vorgesehen, um die Kondensatrinne 201 an der Rohrleitung 20 zu halten). Die Kondensatrinne 201 dient dazu, eine Kondensationsflüssigkeit, die durch Kondensation der Luftfeuchtigkeit der die Rohrleitung 20 umströmenden warmen, feuchten Luft an der Rohrleitung 20 entsteht und von der Rohrleitung 20 abtropft, aufzufangen. Die Kondensatrinne 201 kann hierbei entlang ihrer Längsrichtung leicht geneigt verlaufen und, wie in 6 veranschaulicht, über ein Ende die gesammelte Kondensationsflüssigkeit hin zu einer Kondensatsammelrinne 240 leiten, die mit einem Bewässerungssystem 24 des Gewächshauses 1 verbunden ist, so dass die Kondensationsflüssigkeit in das Bewässerungssystem 24 eingeleitet und somit den Pflanzen 4 zur Bewässerung wieder zugeführt werden kann.
Die Kondensatrinne 201 ist unterhalb der Rohrleitung 20 angeordnet. Um hierbei in der unteren Stellung H0, in der die Rohrleitung 20 auf der Ablageeinrichtung 22 abgelegt ist, zu verhindern, dass es zu einer Beschädigung an der Kondensatrinne 201 oder der Halterung 202 kommen kann, weist die Ablageeinrichtung 22, wie in 3 dargestellt, an einer Ablagefläche 221, auf die die Rohrleitung 20 in der unteren Stellung H0 aufgelegt ist, eine Sicke 220 auf, die derart in die Ablagefläche 221 eingeformt ist, dass bei abgelegter Rohrleitung 20 die Kondensatrinne 201 in der Sicke 220 zu liegen kommt und somit in geschützter Weise in der Sicke 220 aufgenommen ist.
Wie schematisch in 5 dargestellt, sind die Rohrleitungen 20 mit einem Verteiler 23 verbunden, der zum Durchleiten von warmer oder kühler Flüssigkeit durch die Rohrleitungen 20 gesteuert werden kann. Der Verteiler 23 ist über flexible Schläuche 23 mit den Rohrleitungen 20 verbunden, so dass die Rohrleitungen 20 durch Verstellen der Trägereinrichtung 21 relativ zu dem ortsfesten Verteiler 23 verstellt werden können.
Zur Steuerung des Verteilers 23 und der Trägereinrichtung 21 ist eine Steuereinrichtung 25 vorgesehen, an die eine oder mehrere Sensoreinrichtungen in Form eines Temperatursensors 250 oder eines Lichtintensitätssensors 251 angeschlossen sein können, die in 5 lediglich schematisch dargestellt sind. Die Steuereinrichtung 25 dient dazu, die Trägereinrichtung 21 zum Verstellen der Rohrleitungen 20 beispielsweise in Abhängigkeit eines gemessenen Temperaturwerts, eines gemessenen Lichtintensitätswerts oder in Abhängigkeit von der (Tages-)Zeit zu steuern. Die Steuereinrichtung 25 dient auch zur Steuerung des Verteilers 23, um beispielsweise in Abhängigkeit der Stellung der Rohrleitungen 20 unterschiedliche Fluide durch die Rohrleitungen 20 zu leiten.
In der oberen Stellung H2 befinden sich die Rohrleitungen 20 insbesondere dann, wenn sie in einem Kühlbetrieb zur Kühlung dienen sollen. In dieser oberen Stellung H2 werden sie von warmer, feuchter Luft umströmt, so dass durch Wärmeentzug die Luft gekühlt werden kann. Um hierbei insbesondere in den frühen Morgenstunden eine Abschattung der im Pflanzenraum 11 befindlichen Pflanzen 4 zu vermeiden, können die Rohrleitungen 20 zur Kühlung erst am Vormittag in die obere Stellung H2 gefahren werden. Dies hat den Vorteil, dass in den Morgenstunden bei erst allmählich stärker werdender Lichtintensität keine Abschattung erfolgt, wobei eine Kühlung in diesen frühen Morgenstunden in der Regel ohnehin nicht erforderlich ist. Erst wenn am späteren Vormittag sich das Gewächshaus 1 aufgeheizt hat und die Lichtintensität so stark ist, dass eine Abschattung durch die Rohrleitungen 20 in der oberen Stellung H2 nur noch einen geringen Effekt auf die Pflanzen 4 hat, werden die Rohrleitungen 20 in die obere Stellung H2 angehoben, um im Kühlbetrieb dann für eine Kühlung des Gewächshauses 1 zu sorgen.
Nachts können die Rohrleitungen 20 beispielsweise in die untere Stellung H0 gefahren werden, um durch Abgabe von Wärme des Nachts für ein Wärmen des Gewächshauses 1 zu sorgen. Unmittelbar vor Sonnenaufgang können die Rohrleitungen 20 hierbei beispielsweise in die mittlere Stellung H1 verfahren werden, um für ein Wärmen der Luft unmittelbar an den Pflanzen 4 zu sorgen und eine Kondensation an den Pflanzen 4 bei Öffnung von im Gewächshaus 1 angeordneten Energieschirmen 13 zur Abschirmung des Dachraums 100 zu verhindern.
In besonders feuchten Nächten können die Spiralrippenrohre auch in die obere Stellung H2 unmittelbar unter die Energieschirme 13 gefahren werden, um im Kühlbetrieb mittels Durchströmen der Rohrleitungen 20 mit kühlem Fluid eine Entfeuchtung des Gewächshauses 1 zu bewirken.
Zwischen dem Dachraum 100 des Gewächshauses 1 und dem Pflanzenraum 11 sind, wie bereits erwähnt und wie in 1 dargestellt, Energieschirme 13 zur energetischen Trennung des Dachraums 100 vom Pflanzenraum 11 angeordnet, wobei die Energieschirme 13, die beispielsweise durch ein geeignetes Tuchmaterial oder dergleichen ausgebildet sind, entlang einer Öffnungsrichtung O, wie schematisch in 4 dargestellt, verfahren werden können, um den Dachraum 100 energetisch abzuschließen oder freizugeben. Tagsüber befinden sich die Energieschirme 13 hierbei in einer geöffneten Stellung, in der der Dachraum 100 nicht abgeschirmt ist, so dass Licht ungehindert in den Pflanzenraum 11 einfallen kann. Nachts hingegen sind insbesondere im Winter die Energieschirme 13 geschlossen, so dass Wärme aus dem Pflanzenraum 11 nicht ohne weiteres in den Dachraum 100 gelangen kann.
Insbesondere im Winter bei kalten Außentemperaturen kühlt sich nachts die Luft im Dachraum 100 stark ab, was dazu führt, dass bei Öffnung der Energieschirme 13 frühmorgens kalte Luft in den Pflanzenraum 11 einströmt. Um hierbei zu verhindern, dass die kalte Luft zu Stress an den Pflanzen 4 führt, können die Rohrleitungen 20 in ihrer oberen Stellung H2 gerade im Bereich eines Spalts 130 zwischen zwei Energieschirmen 13 angeordnet sein, wie dies in 4 veranschaulicht ist, so dass bei Öffnen der Energieschirme 13 kalte Luft durch den Spalt 130 strömt und auf die im Bereich des Spalts 130 angeordnete Rohrleitung 20 trifft, an der die kalte Luft erwärmt wird. Ist die kalte Luft aus dem Dachraum 100 ausgeströmt, können die Energieschirme 13 vollständig geöffnet werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch bei gänzlich anders gearteten Ausführungsformen verwirklichen.
Insbesondere kann ein Verstellen der Rohrleitungen grundsätzlich auch abhängig von anderen Kriterien erfolgen.
Dadurch, dass mittels der Wärmetauschereinrichtung ein Kühlbetrieb bei geschlossener Lüftung bereitgestellt werden kann, kann im Gewächshaus CO₂ zur Steigerung der Fotosyntheserate der Pflanzen angereichert werden, ohne dass das eingeleitete CO₂ durch die Lüftung entweichen kann. Dadurch, dass an den Rohrleitungen entstehendes Kondensat wiederum in einen Bewässerungskreislauf eingeleitet werden kann, kann zudem der Wasserverbrauch in einer Gewächshauseinrichtung der hier beschriebenen Art verringert und die Wassernutzungseffizienz erhöht werden.
Dadurch, dass eine Wärmetauschereinrichtung sowohl im Kühl- als auch Wärmbetrieb betrieben werden kann, kann grundsätzlich auf zusätzliche Heizungen am Boden eines Gewächshauses verzichtet werden, was die Kosten für den Gewächshausbetrieb reduzieren kann.
Bezugszeichenliste

1: Gewächshaus
10: Dach
100: Dachraum
11: Pflanzenraum
12: Boden
13: Energieschirm
130: Spalt
14: Tragstruktur
2: Wärmetauschereinrichtung
20: Rohrleitung
200: Spiralrippen
201: Kondensatrinne
202: Halterung
203: Rohrabschnitt
21: Trägereinrichtung
210: Verstelleinrichtung (Seil)
211: Aufhängeeinrichtung (Seilrolle)
22: Ablageeinrichtung
220: Sicke
221: Ablagefläche
23: Verteiler
230: Schläuche
24: Bewässerungssystem
240: Kondensatsammelrinne
25: Steuereinrichtung
250: Temperatursensor
251: Lichtintensitätssensor
3: Pflanzenrinne
4: Pflanzen
5: Wagen
50: Schienen
H0: Untere Stellung
H1: Mittlere Stellung
H2: Obere Stellung
O: Öffnungsrichtung
V: Verstellrichtung

Claims

Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus, mit – mindestens einer Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und – einer Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (21) zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung (20) ausgebildet ist derart, dass die mindestens eine Rohrleitung (20) zwischen einer oberen Stellung (h2) und einer unteren Stellung (H0) verstellbar ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Stellung (H2) bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung (2) in einem Gewächshaus (1) einem Dach (10) des Gewächshauses (1) angenähert ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Stellung (H0) bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung (2) in einem Gewächshaus (1) unterhalb einer Pflanzenrinne (3), in der Pflanzen (4) anzuordnen sind, angeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rohrleitung (20) zumindest eine mittlere Stellung (H1) zwischen der oberen Stellung (H2) und der unteren Stellung (H0) aufweist, wobei die mittlere Stellung (H1) bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmetauschereinrichtung (2) in einem Gewächshaus (1) oberhalb einer Pflanzenrinne (3) des Gewächshauses (1) angeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ablageeinrichtung (22) zum Ablegen der mindestens einen Rohrleitung (20) in der unteren Stellung (H0).
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablageeinrichtung (22) eine Ablagefläche (221) zum Ablegen der mindestens einen Rohrleitung (20) und mindestens eine in die Ablagefläche (221) eingeformte Sicke zum Aufnehmen einer an der mindestens einen Rohrleitung (20) angeordneten Kondensatrinne (201) aufweist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (21) eine Verstelleinrichtung (210) zum Verstellen der mindestens einen Rohrleitung (20) zwischen der oberen Stellung und der unteren Stellung aufweist, wobei die mindestens eine Rohrleitung (20) über die Verstelleinrichtung (210) an einer Aufhängeinrichtung (211) aufgehängt und durch Verstellen der Verstelleinrichtung (210) entlang einer Verstellrichtung (V) zu der Aufhängeinrichtung (211) verstellbar ist.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (2) einen Verteiler (23) aufweist, an den die mindestens eine Rohrleitung (20) angeschlossen ist, wobei der Verteiler (23) ausgebildet ist, ein erstes Fluid für einen Wärmbetrieb oder ein zweites Fluid, das sich in seiner Temperatur von dem ersten Fluid unterscheidet, für einen Kühlbetrieb in die mindestens eine Rohrleitung (20) zu leiten.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid für den Kühlbetrieb eine Temperatur unter dem Taupunkt der die Rohrleitung (20) umgebenden Umgebungsluft aufweist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (23) ausgebildet ist, in unterschiedlichen Stellungen der mindestens einen Rohrleitung (20) unterschiedliche Fluide in die mindestens eine Rohrleitung (20) einzuleiten.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (25) zum Steuern der Trägereinrichtung (21) in Abhängigkeit von zumindest einem Temperaturkennwert, einem Lichtintensitätskennwert oder der Zeit.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Sensoreinrichtung (250, 251) zum Erfassen mindestens eines Temperaturkennwerts und/oder eines Lichtintensitätskennwerts.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der mindestens einen Rohrleitung (20) eine Kondensatrinne (201) zum Aufnehmen von einer an der mindestens einen Rohrleitung (20) entstehenden Kondensationsflüssigkeit angeordnet ist.
Wärmetauschereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatrinne (201) in Strömungsverbindung mit einem Bewässerungssystem (24) des Gewächshauses (1) steht und ausgebildet ist, in die Kondensatrinne (201) gelangende Kondensationsflüssigkeit in das Bewässerungssystem (24) einzuleiten.
Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rohrleitung (20) durch mindestens ein Spiralrippenrohr ausgebildet ist.
Gewächshaus mit einer Wärmetauschereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Gewächshaus nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewächshaus (1) mindestens zwei Energieschirme (13) zum Abschirmen eines Dachraums (100) des Gewächshauses (1) aufweist, wobei die mindestens eine Rohrleitung (20) der Wärmetauschereinrichtung (2) in der oberen Stellung (H2) im Bereich eines Spalt (130) zwischen den mindestens zwei Energieschirmen (13) anordbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Wärmetauschereinrichtung für ein Gewächshaus, wobei die Wärmetauschereinrichtung – mindestens eine Rohrleitung, die in einem Kühlbetrieb zum Entziehen von Wärme aus dem Gewächshaus von einem Fluid durchströmt wird, und – eine Trägereinrichtung zum Anordnen der mindestens einen Rohrleitung in einem Gewächshaus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (21) die mindestens eine Rohrleitung (20) zwischen einer oberen Stellung (H2) und einer unteren Stellung (H0) verstellt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wärmbetrieb ein erstes Fluid und in einem Kühlbetrieb ein zweites Fluid, das sich in seiner Temperatur von dem ersten Fluid unterscheidet, durch die mindestens eine Rohrleitung (20) geleitet wird.