DE2522791A1

DE2522791A1 - Verfahren und anlage zum klimatisieren eines zur pflanzenkultur dienenden raumes

Info

Publication number: DE2522791A1
Application number: DE19752522791
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Chiapale; Jacques Damagnez; Pierre Denis; Paul Jourdan
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Institut National de la Recherche Agronomique INRA
Current assignee: Institut National de la Recherche Agronomique INRA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1975-12-04
Also published as: AU8125875A; CA1025214A; IT1032942B; NL181161C; US4108373A; IL47274A0; GB1506291A; ES437854A1; IL47274A; NL7505792A; NL181161B

Description

PATE NTAN WALT

DR. HANS ULRICH MAY

8 München 22, Thierschstr. 27 2522791

Telefon (089) 22 50 51

CP 516/1383 München, 2£. Mai 1975

- Dr.M. /m

B. 5273/5648. 3 CD

Commissariat ä 1·Energie Atomique in Paris und Institut National de la Recherche Agronomique in Paris / Frankreich

Verfahren und Anlage zum Klimatisieren eines zur Pflanzen- « kultur dienenden Raumes

Die Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren und eine Anlage zum Klimatisieren von zur Pflanzenkultur dienenden Räumen^wie Treibhäusern und Frühbeeten.

In nördlichen Gegenden stellte die Intensität des einfallenden , Sonnenlichts vielfach einen Faktor dar, der die landwirtschaft-

liehe oder gärtnerische Produktion in Treibhäusern oder Frühbeeten ungeachtet des Vorhandenseins einer Heizanlage beg-renzt. Dafür ist dieser Einflußfaktor für die Pflanzenkultur in heißeren Gegenden, die hinsichtlich der winterlichen Sonneneinstrahlung stärker begünstigt sind, wie insbesondere in den Ländern rings um das Mittelmeer und in den anschließenden trockenen Zonen, in reichem Maße vorhanden.

In diesen begünstigten Gegenden kann die Intensität der Sonneneinstrahlung so.· stark anwachsen, daß es notwendig wird, den Temperaturanstieg im Inneren von Treibhäusern und Frühbeeten während der heißesten Stunden im Tagesablauf zu begrenzen, und dafür sind üblicherweise umfangreiche und sehr wirksame Lüftungs-

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systeme in Gebrauch. Als solche Einrichtungen gibt es für Treib- ,

hauser mit Glasdächern Dachluken, die geöffnet .werden können, und j ■ · ■ · !

Kühleinrichtungen mit Wärmetauschern an feuchten Wänden für Frühbeete. In der Praxis wird "jedoch ungeachtet der durch solche ^: ,Lüftungs- und Kühlsysteme erreichbaren Verbesserung der Temperatur-¹ anstieg unter der Einwirkung der Sonneneinstrahlung für zahlreiche

■ Kulturen kritisch- und für das Wacftstuw. und die Entwicklung der ' j Pflanzen schädlich. - ■ i

Auf der anderen Seite ist be.ketVmr, daß die Pflanzen für ihr Wach- ;stum aus dem Spektrum des Sonnenlichts nur spezielle Wellenlängen-; bereiche nutzbar machen können, nämlich den Bereich des sichtbaren

■ Lichts und den Bereich des nahen Ultraviolett. Umgekehrt trägt

ι die Zufuhr von Energie im Gebiet des nahen infrarot nur dazu bei, die Temperatur der Pflanzendecke ansteigen zu lassen, außerdem · aber erhöht sie den Wasserverbrauch für die Pflanzenkulturen, und ;

diese natürliche Hilfsquelle wiederum ist in den trockenen Zonen nur in geringem Umfange vorhanden. !

Stattdessen stellen die klimatischen Bedingungen in diesen Gegen-,den - Kontinentalklima mit starken Temperaturschwankungen und heftigen Winden - Anforderungen an die nächtliche Heiz ung der Treibhäuser und Frühbeete, denen erhebliche Bedeutung zukommt. Für Treibhäuser und Früh-beete mit Intensivproduktion müßten die

'Klimaanlagen häufig Leistungen aufweisen, die mit denen vergleichbar sind, wie sie in entsprechenden Fällen in weiter nördlichen, jedoch einem gemäßigten Meeresklima ausgesetzten Gegenden anzutreffen sind.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist es daher, diesen Mangeln abzuhelfen und die Energiezufuhr durch die Sonneneinstrahlung besser auszunutzen, indem die zugeführte Sonnenenergie bei Tage durch Ab-

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^: sorption begrenzt und die auf diese Weise angesammelte Energiemenge gegebenenfalls während der Nacht zu Heizzwecken wiedergewonnen wird. ^!

Wenn die Temperatur der Wände auf einem unterhalb der Temperatur der Pflanzendecke und der Temperatur im Rauminneren liegenden Wert gehalten werden kann, dann läßt sich ein Zustand mit Transport latenter Wärme zwischen diesen Wänden und der Pflanzendecke herstellen, und es wird dann möglich, diese Energie in den Wänden wiederzugewinnen.

Zum anderen können die Wasserverluste durch Verdampfung und Trans-Spiration an der Pflanzendecke, die in erster Näherung der eingefallenen Sonnenenergie proportional sind und die einem Wasserverbrauch entsprechen, der in Form künstlicher Bewässerung wieder ausgeglichen werden muß, durch das Tropfwasser an den Wänden zurückgewonnen werden, wenn sich deren Oberfläche für diesen Zweck eignet.

Darüberhinaus ist bekannt, daß das Pflanzenwachstum stark gestört wird, wenn die Strahlungstemperatur einen zulässigen Maximalwert übersteigt, der je nach der jeweiligen Pflanzenkultur variiert und in der Größenordnung zwischen 35 und 40° C liegt. In gleicher Weise treten Schäden für den Pflanzenwuchs auf, wenn die Strahlungs-^: temperatur unter eine zulässige Untergrenze absinkt, die je nach der jeweiligen Kultur in der Größenordnung zwischen 7 und 15° C liegt.

Weiter ist bekannt, daß für eine normale Entwicklung des Pflanzenwuchses die Strahlungstemperatur für die Pflanzendecke nicht zu gleichförmig sein darf, sondern daß diese besser einen Tageszyklus zu durchlaufen hat, in dessen Verlauf eine Minimaldifferenz in der Größenordnung von 20 C zwischen der Strahlungstemperatur bei

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Tage einerseits und der Strahlungstemperatur bei Nacht andererseits auftreten sollte.

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In diesem Zusammenhang ist daran zu erinnern, daß die Strahlungstemperatur der Pflanzendecke sich von der Temperatur in der Atmosphäre im Inneren des geschlossenen Raums eines Treibhauses oder eines Frühbeetes unterscheidet, sowie daran, daß sich diese JStrahlungstemperatur auf verschiedene Weise^wie beispielsweise mit Hilfe von auf Infrarotstrahlung ansprechenden Thermometern, mit Hilfe von i£ie Blätter der Pflanzen berührenden Thermoelementen oder mit Hilfe von Fühlern für den aktinothermischen Index messen läßt. '

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Klimatisie- '■ ren eines zur Pflanzenkultur dienenden und mindestens in einem Teilbereich seiner Abdeckung mehrwandig mit mindestens zwei einen mit ei hem flüssigen Wärmeträger gefüllten Zwischenraum zwischen sich j ' begrenzenden transparenten W,änden ausgefüllten Raums bei Tag und bei Nacht vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ■ bei Tag den Einfall von Sonnenenergie in den zu klimatisierenden

Raum durch selektive Absorption der Strahlung mit die Wellenlänge ; der für das Pflanzenwachstum nutzbaren Strahlung übersteigender Wellenlänge mit Hilfe eines durch die transparenten Wände des Raums und den dazwischen befindlichen Wärmeträger gebildeten optischen Filter/selektiv begrenzt, ebenfalls bei Tage die vom Wärmeträger aufgenommene Wärme unter dessen Umlauf in einem ge- , schlossenen Kreislauf abführt und in einem zwischen den Wänden des Raums angeordneten getrennten Reservoir speichert und bei Nacht im Inneren des Raums unter Umlauf des Wärmeträgers im Zwischenraum zwischen den Raumwänden eine Minimaltemperatur aufrechterhält.

Die während des Tages durch den flüssigen Wärmeträger gespeicherte /Wärmemenge läßt sich während der Nacht wiedergewinnen. Für den Fall,

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OR!G^?NAL INSPECTED

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daß diese gespeicherte Wärmemenge nicht ausreichen sollte, um die

Nachttemperatur auf dem erforderlichen Minimalwert zu halten, kann eine zusätzliche Heizung für den flüssigen Wärmeträger vorgesehen werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es möglich, sich !

den natürlichen Bedingungen für die Energiezufuhr durch die Sonneneinstrahlung anzupassen, obwohl diese «iiskontinuierlich verläuft.

Bei einer ersten bevorzugten Variante für das erfindungsgemäße Verfahren wird so vorgegangen, daß man die Strahlungstemperatur der Pflanzendecke im inneren des Raums mißt, für diese Strahlungstemperatur eine geringfügig unterhalb des zulässigen Maximalwerts lie- ^;

gende obere Schwelle und eine geringfügig oberhalb des zulässigen Minimalwerts liegende untere Schwelle festlegt und den Wärmeträger umlaufen läßt, sowie die Strahlungstemperatur bei Tage die obere Schwelle überschreitet odertei Nacht die untere Schwelle unter- !schreitet.

Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf eine Anlage, mit deren Hilfe_ sich die oben beschriebenen Verfahren durchführen lassen, und diese Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zum einen einen Raum, von dem

/mindestens -ein Teil durch mindestens zwei einen mit einem flüssi- ■ gen Wärmeträger gefüllten Zwischenraum zwischen sich begrenzende und gemeinsam mit dem Wärmeträger eineStrahlung mit eine je nach '

der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 % liegende obere Schwelle übersteigender Wellenlänge absorbierendes optisches Filter bildende transparente Wände gebildet ist und zum anderen einen geschlossenen Kreislauf umfaßt, zu dem der oder die Zwischenräume zwischen den Raumwänden, ein davon getrenntes Reservoir für die Wärmespeicherung und eine Pumpe gehören.

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ORIGINAL INSPECTED

Die für die Fotosynthese, das Wachstum und die Entwicklung der j

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Pflanzenkultüren nutzbaren Wellenlängen liegen sämtlich im sieht- ^:

baren Spektralbereich., In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß mindestens eine der doppelten Wände des ,Raums ein optisches Filter bildet.

■; '6emäß diesen Merkmal und in Kenntnis dessen, daß die quantitativen .Anforderungen der Pflanzenkulturen im Spektralbereich zwischen

;6000 und 7500 S Einheiten relativ gering sind, kann man entsprechend die Verwendung von die einfallende Sonnenenergie zwischen 6000 und 7500 Ä Einheiten progressiv absorbierenden Filtern vorsehen und Filter haben, die jenseits dieser Werte für die Wellen- . ■längen opa# sind. Die absorbierenden Filter erwärmen sich unter [ι der Sonnenlichteinstrahlung, und die so entwickelte Wärme wird durch den flüssigen Wärmeträger abgeführt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der zu klimatisierende Raum eine doppelte Wandung aus zwei transparenten Wänden I aufweisen, während der flüssige Wärmeträger die Eigenschaften

I j

^;eines optischen Filters besitzt.

■ Der Wärmeträger liegt bevorzugt in flüssiger Form vor. Dabei führt eine wässrige Lösung von Kupferchlorid in einem Konzentrationsverhältnis von 25 g/l zu ausgezeichneten Ergebnissen. Durch Zusatz f einer absorbierenden Substanz kann diesem flüssigen Wärmeträger !das Verhalten eines optischen Filters gegeben werden.

Die Einrichtung für den Umlauf des flüssigen Wärme trägers ist mit dem Wärmespeicher über eine Pumpe mit programmierbarer Steuerung _: verbunden.

den
Während des Tages führt diese Pumpe/Wärmeträger, der während des

Verweilens zwischen den doppelten Wänden des zu klimatisierenden

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Raumes Wärme aufgenommen hat, aus dem Zwischenraum zwischen diesen

I Wänden ab und speist ihn in ein thermisch isoliertes Reservoir ein.

Zur Nachtzeit führt die Pumpe dann aus diesem Reservoir auf relativ hoher Temperatur befindlichen Wärmeträger ab und läßt ihn wieder : zwischen die doppelten Wände des zu klimatisierenden Raums gelangen, um diesen aufzuheizen. Die Steuerung des Pumpenbetriebs vollzieht sich dabei in Entsprechung einerseits zu optimalen Bedingungen für ein gutes Wachstum der Pflanzenkulturen und andererseits

zu einer rationellen Ausnutzung der verfügbaren Sonnenenergie.

Während der Nacht kann die Anlage gegen zu große Verluste durch einen Wärmeaustausch in Kontakt mit der Atmosphäre dadurch geschützt werden, daß sie Wände erhält, deren Oberfläche für Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der Wärmestrahlung reflektierend und isolierend ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante weist die Anlage einen / Raum auf, von dem mindestens ein Teil seiner Abdeckung aus drei '^; transparenten Wänden aufgebaut ist, die zwischen sich zwei Zwi— _;

schenräume für den Umlauf eines flüssigen Wärmeträgers begrenzen / und von denen die mittlere Wand ein optisches Filter bildet, das j Strahlung absorbiert, deren Wellenlänge oberhalb einer je nach der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 S Einheiten lie—

genden oberen Schwelle liegt.

Vorzugsweise besitzt die Anlage in Weiterbildung der Erfindung ' \ auch eine Einrichtung zum Abziehen des im äußeren Zwischenraum enthaltenen Wärmeträgers während der tNacht und bei oberhalb eines

■ bestimmten Grenzwertes liegenden Windgeschwindigkeiten. '

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist die Abdeckung des zu klimatisierenden Raums zumindest in ihrem der Sonneneinstrahlung zugewandten Teilbereich aus Tafeln mit Zellen-

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,struktur aus transparentem Kunststoff material aufgebaut, die so ι ' aneinandergefügt sind, daß sie Zellenkanäle für den Umlauf eines flüssigen Wärmeträgers bilden.

In diesem Fall können diese Kanäle parallel mit einem Speisesamm-

C,ler und einem Rücklaufsammler vertttnden sein, die zu einem ger schlossenen Kreislauf mit einem Wärmespeicher und einer Puw/pe gehören.

■ Weiterhin kann die Abdeckung des zu klimatisierenden Raumes zu- ,

i mindest in ihrem der Sonneneinstrahlung zugewandten Teilbereich aus zwei Schichten von übereinanderliegenden transparenten Tafeln mit Zellenstruktur bestehen, in denen ein flüssiger Wärmeträger ^! umläuft und zwischen die eine Schicht eingefügt ist, die ein Filter bildet, das die Strahlung selektiv absorbiert, deren Wellen- länge oberhalb einer je nach der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 A* Einheiten liegenden Schwelle liegt.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die ■ Zeichnung Berug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für.die Erfindung veranschaulicht sind; es zeigen: Fig. 1 eine schematische Übersichtsdarstellung zur Erläuterung der

Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens; / Fig. 2 ein Diagramm für das Absorptionsspektrum eines im Rahmen der Erfindung verwendbaren handelsüblichen Filters; !

Fig. 3 eine schematische Darstellung für den Aufbau eines im '

Sinne der Erfindung gestalteten Frühbeets; Fig. 4 eine entsprechende Darstellung für äen Aufbau eines im Sinne

der Erfindung gestalteten Gewächshauses; ■ Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Gewächshauses gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung mit dreiwandiger Ausbildung der Abdeckung;

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Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Darstellung in Fig.5 entlang der

i Schnittlinie II-II in Fig.5 und ;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsvariante für i das erfindungsgemäße Klimatisierungsverfahren. ;

In der Darstellung in Fig.1 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein schematisch dargestelltes Gewächshaus oder Frühbeet, dessen Innenraum durch eine doppelte Wand 2 umschlossen wird, zwischen deren Einzelwänden 2a und 2b ein Zwischenraum 3 verbleibt, in dem ein flüssiger Wärmeträger 4 umlaufen kann. Dieser flüssige Wärmeträger 4 läuft in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem Treibhaus oder Frühbeet 1 einerseits und einem Reservoir 5 andererseits in Leitungen 6a und 6b, wobei als Antrieb für den Umlauf des Wärmeträgers 4 eine Pumpe 7 vorgesehen ist.

/ Wie bereits oben dargelegt, zwingt unter bestimmten klimatischen " Bedingungen in gewissen Zonen, wie insbesondere bei Kontinentalklima mit starken Temperaturschwankungen und heftigem Wind, die Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung zu einer Begrenzung

des Temperaturanstiegs in den zur Pflanzenkultur dienenden Räumen, während der Temperaturabfall bei Nacht eine erhebliche Aufheizung

dieser Räume zur Nachtzeit verlangt. ^:

Zur besseren Ausnutzung der zugeführten Sonnenenergie und zur ;

/ Wiedergewinnung dieser Energie zum Zvack der Kühlung oder Auf- ■ heizung von Treibhäusern und Frühbeeten ist nach dem erfindungs—' ■■ gemäßen Verfahren vorgesehen, daß während des Tages die Temperatur der Wände 2a und 2b des Raums 1 auf einem Wert gehalten wird, der j den quantitativen Anforderungen der Pflanzen entspricht, indem die ' Wärme durch den Wärmeträger 4 absorbiert wird, so daß die Tempera- ! tür im Inneren des Raums 1 keinen für die darin befindlichen :

Pflanzenkulturen kritischen Wert annehmen kann. Während der Nacht

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wird die Temperatur, der Wchicfe 2a und 2b, die Wärme an die Pflanzen abstrahlen, dadurch auf einem festen Wert gehalten, indem die ·■ während des Tages in dem flüssigen Wärmeträger 4 gespeicherte Wärme zurückgewonnen wird.

Die Erfindung erstreckt sich in gleicher Weise auch auf eine Anlage für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, und ein Beispiel für eine solche Anlage ist in Fig.3 veranschaulicht, die einen schematisch gehaltenen Transversalschnitt durch ein Früh- ^;beet 1 zeigt.

'Die doppelte Wand 2 dieses Frühbeetes 1 besteht aus zwei einfachen Wänden 2a und 2b, die durch einen Zwischenraum 3 voneinander ge-.trennt sind, der an seinen Rändern 8a und 8b durch für die Zwecke \der Erfindung nicht weiter interessierende Einrichtungen dicht ,abgeschlossen ist. Leitungen 10 und 12 ermöglichen die Einführung und die Abführung des flüssigen Wärmeträgers 4, der den Zwischenraum 3 in der in Fig.1 schematisch gezeigten Weise durchströmt.

Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung können die beiden Wände 2a und 2b oder auch nur eine davon, beispielsweise die Wand 2a, aus einem Material bestehen, das die Eigenschaften eines opti-;

f sehen Filters aufweist, um die Zufuhr von Energie im Gebiet des _; nahen Infrarot auszuschließen, die zu einem Anstieg der Temperatur

/der Pflanzendecke im Inneren des Raums 1 beitragen würde. Dies ist möglich, da die Pflanzen für eine vorteilhafte Entwicklung ihres'

• Wachstums lediglich spezifische Wellenlängenbereiche auszunutzen vermögen, die einerseits im sihtbaren Spektralbereich und andererseits im nahen Ultraviolett liegen.

■ Die Wände 2a und 2b der Doppelwand 2 können aus Spezialgläsern hergestellt werden, wie sie beispielsweise von der Firma Schott in ■Form eines Typs in den Handel gebracht werden, der optische Eigen-

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schäften zeigt, die eine Absorption von Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 6000 und 7500 8 Einheiten und : mehr gestatten. Ein Diagramm für die Spektrale Durchlässigkeit dieses Typs von Filterglas ist in Fig.2 dargestellt, wobei entlang der Abszisse die Wellenlänge der Strahlung in S Einheiten und entlang der Ordinate die Absorption beim Durchgang durch das Filter auf— i getragen sind. Tn gleicher Weise lassen^ich auch Kunststoffmaterialien verwenden, deren Transparenz und sonstiges optisches Ver— [ halten . den dargestellten Filtergläsern entspricht.

Als im Sinne der Erfindung verwendbare Materialien sind insbesondere die von der Firma Schott unter den Bezeichnungen KG1, KG3 und BG 38, von der Firma Corn/ng unter den Bezeichnungen 1-56, 1-57 und 1—58 und von der Firma Metallisation et Traitements Optiques unter den Bezeichnungen S 790, S 760, S 702, S 701, DS 700, DL 665 und DH 543 vertriebenen Gläser zu nennen.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann mit ■ Vorteil ein Behälter mit einer transparenten Doppelwand und einem flüssigen Wärmeträger verwendet werden, der die Eigenschaften eines optischen Filters aufweist. I

Ein solcher flüssiger Wärmeträger stellt dann ein flüssiges Filter dar; dabei lassen sich sehr gute Ergebnisse ausgehend von einer Kupferchloridlösung in Wasser erhalten, die ein Konzentrations- ^: verhältnis von 25 g/l aufweist.

In gleicher Weise lassen sich auch wässrige Lösungen von Nickelsalzen, wie beispielsweise Nickelchlorid, verwenden.

Durch Zusatz von absorbierenden Stoffen kann einem, solchen flüssigen Wärmeträger das Verhalten eines optischen Filters aufgeprägt werden.

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,Der Umlauf des flüssigen Wärmeträgers wird durch eine Pumpe auf- !

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rechterhalten, wie sie in Form der Pumpe 7 in Fig. 1 dargestellt \ iSt, wobei eine Programmsteuerung vorgesehen werden kann, die den _; 'für ein gutes Wachstum der Pfianzenkultüren erforderlichen Optimal-

i !bedingungen einerseits und einer rationellen Ausnutzung der ver- :fügbaren Sonnenenergie andererseits Rechnung trägt. Dabei können ■' .insbesondere im Inneren des zu klimatisierenden Behälters oder i 'Raumes thermoelektrische Fühler vorgesehen werden, die zur Steuer-j

■ - ι

rung des Durchsatzes der Pumpe 7 dienen. . j

,Beispielsweise läßt die Pumpe 7 den flüssigen Wärmeträger 4 während des Tages durch den Zwischenraum 3.in der Doppelwand 2 hindurchströmen und dabei Wärme aufnehmen, worauf dieser erwärmte Wärmeträger 4 in einem Reservoir 5 mit thermischer Isolierung (Fig.i) gespeichert wird. Während der Nacht wird der Wärmeträger 4 über

die Pumpe 7 mit relativ hoher Temperatur aus dem Reservoir 5 ent-

nommen und Z.ur Aufheizung des Raums 1 in den Zwischenraum 3 der Doppelwand 2 eingespeist.

f Selbstverständlich kann die Wiedergewinnung der im flüssigen Wärmeträger 4 gespeicherten Wärme zum Teil auch zu anderen Zwecken verwendet werden, ohne daß dadurch der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird. [

für einen f In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel/gemäß der Erfindung

• zu klimatisierenden Raum. 1 dargestellt, wobei dieser Raum 1 in diesem Fall das Innere eines Treibhauses darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Doppelwand 2 so gekrümmt, daß sich eine Gewölbekuppel _2c ergibt. Die Zuführung und die Abführung des ι flüssigen Wärmeträgers 4 zu dem bzw. aus dem Zwischenraum 3 der Doppelwand 2 erfolgt mittels Leitungen 10 bzw. 12, wobei dieser Zwischenraum 3 wiederum durch für die vorliegende Erfindung nicht

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weiter interessierende Mittel dicht abgeschlossen ist.

Zur Vermeidung übermäßiger Wärmeverluste infolge eines Wärmeaustauschs durch Wärmestrahlung oder Wärmekonvektion mit der umgebenden Atmosphäre kann der Raum 1 einen zusätzlichen Wärmeschutz er- , halten, indem die Doppelwand 2 an ihrer Oberfläche mit einer in ' der Zeichnung nicht eigens dargestellten Auflage aus einem gegen- , über Wellenlängen im Bereich der Wärmestrahlung isolierenden und ,

/' reflektierenden Material versehen wird.

In Fig.5 ist wieder ein anderes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß gestaltete Anlage dargestellt. Diese Anlage enthält . als zu klimatisierenden Raum 1 ein Treibhaus, das durch ein Gerüst begrenzt wird, das aus gewölbten Rohren 16 besteht, die miteinander über Zwischenstücke 18 verbunden sind. Auf diesem Gerüst ruht ; eine Abdeckung, die aus drei zueinander konzentrischen Wänden, ;

i nämlich einer inneren Wand 20, einer mittleren Wand 22 und einer

äußeren Wand 24, aufgebaut ist. Die Wände 20 und 22 begrenzen ; zwischen sich einen inneren Zwischenraum 26, während die Wände 22 j

und 24 einen äußeren Zwischenraum 28 zwischen sich einschließen.

Die Zwischenräume 26 und 28 können jeweils in sich einheitliche ; Räume sein, oder sie können in mehrere nebeneinanderliegende
Teilräume unterteilt sein. Dabei kann jeder Zwischenraum oder je- ^! des Abteil davon sich über den gesamten Umfang der Abdeckung er— ' strecken, wie dies in Fig.5 dargestellt ist, stattdessen kann
diese Ausbildung aber auch auf den der einfallenden Sonnenstrahlung zugewandten Teilbereich des Gewächshauses beschränkt sein.

' Jeder Abschnitt dar Abdeckung ist mit einem Speisesammler 30 bzw.
32 und mit einem Rücklaufsammler 34 bzw.-36 verbunden.. Alle diese. Sammler bilden einen Teil eines geschlossenen Kreislaufs, zu dem ;

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außerdem eine Umlaufpumpe 38 und ein Speicherreservoir 40 gehören.j

I Auf diese Weise erfolgt die Einführung des flüssigen Wärmeträgers j in die Wandung des Treibhauses du,£ der Unterseite, während die ·, Entnahme des Wärmeträgers "am Scheitel des Gewölbes vorgesehen ist.' Ein solcher Umlauf des Wärmeträgers von unten nach oben schließt ι die Bildung von Gasblasen aus, die eine Verringerung der Licht- j

:durchlässigkeit der Abdeckung zur Folge haben könnten, insgesamt _t läuft der flüssige Wärmeträger in einem geschlossenen Kreislauf um.

, Dieser Wärmeträger kann entweder die in dem Reservoir 40 selbst

enthaltene Flüssigkeit sein, stattdessen kann als Wärmeträger ' I aber auch eine Flüssigkeit dienen, die einen in dem Reservoir 40 ι I liegenden.Wärmetauscher 42 durchströmt, Diese zweite Lösung ist !

vorzuziehen, wenn es sich bei dem Wärmeträger um eine Absorptions- !lösung auf der Basis von Kupferchlorid handelt.

!Das Reservoir 40 kann beispielsweise ein in den Erdboden eingelassenes Becken sein, dessen Wände eine abdichtende Auskleidung .i 44 erhalten haben, die gleichzeitig für eine gute thermische Isolierung der im Reservoir 40 enthaltenen Flüssigkeit gegenüber der äußeren Umgebung sorgt.

Eine Abdeckung 46 auf der Beckenoberfläche, die beispielsweise aus einer Kunststoffolie oder aus Schwinücörpern bestehen kann, vermindert die Verdampfung der im Reservoir 40 enthaltenen Flüssigkeit und außerdem den damit verbundenen Wärmeverlust.

Gernäß einer Ausführungsvariante kann das Reservoir 40 auch in das Innere des Gewächshauses 14 selbst verlegt werden. Das Volumen des Reservoirs 40 ist erheblich großer als das Volumen der Zwischen-.räume 26 rmd 28 in der Abdachung des Gewächshauses 14· Wenn dieses beispielsweise eine Breite von 8 in und eine Länge von 100 m aufweist und die Zwischenräume 26 und 28 je 1 cm dick sind, dann liegt

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ihr gemeinsamer Rauminhalt bei 24 tu Das Reservoir 4° hat dann

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ein Volumen von /.mindestens 50 m, so daß die Temperaturänderun- ; gen für den flüssigen Wärmeträger nur ein Drittel der Werte errei-' chen, die ohne das Reservoir 40 auftreten würden. Fernsteuerbare Schieber 48 und 50 gestatten eine Unterbrechung der Speisung des ι 'äußeren Zwischenraums 28 mit dem flüssigen Wärmeträger, und über ■ einen weiteren fernsteuerbaren Schieber 52 kann dieser Zwischenraum 28 entleert werden.

Für die Messung der Strahlungstemperatur der Pflanzendecke in dem Gewächshaus 14 sind ein oder mehrere Fühler 54 bekannter Art vorgesehen. Als solche Fühler kommen beispielsweise im infraroten ι. Bereich arbeitende .Strahlungsthermometer oder mit den Blättern ! der Pflanze in Berührung stehende Thermoelemente oder auch Meßgeräte für den aktinothermischen Index in Betracht. Mit Hilfe - ι

dieser Fühler 54 wird der Betrieb der Umlaufpumpe 38 in unten unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 7 noch näher erlau- . terter Weise gesteuert.

Die Wände 20 und 24 sind transparent ausgebildet, während die mittlere Wand 22 die für das Wachstum der Pflanzen nicht benötigte Infrarotstrahlung, nämlich die Strahlung mit Wellenlängen von je nach der jeweiligen Pflanzenkultur mehr als 6000 bis 7500 A Einheiten, selektiv absorbiert. Als flüssiger Wärmeträger dient Wasser. Gemäß einer Ausführungsvariante sind die beiden Zwischenräume 26 und 28 an zwei verschiedene geschlossene Kreisläufe angeschlossen, von denen jeder eine eigene Umlaufpumpe enthält. Die in dem äußeren Zwischenraum 28 umlaufende Flüssigkeit besteht dann allein aus Wasser, während die im inneren Zwischenraum 26 strömende Flüssigkeit eine wässrige Absorberlösung, beispielsweise eine wässrige Lösung von Kupferchlorid mit einer Konzentration zwischen

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5 und 15 g/l bei einer Schichtdicke von 1 cm Wasser ist. Diese Ausführungsvariante bietet den Vorteil, daß eine leichte Anpassung des Gewächshauses an verschiedene Pflanzenkulturen möglich ist. Die mittlere ¥anc( 22 absorbiert beispielsweise die gesamte Infrarotstrahlung mit größeren Wellenlängen als 7000 A* Einheiten, und durch eine Variation der Zusammensetzung und der Konzentration des flüssigen Wärmetragers, der in dem inneren Zwischenraum 26 umläuft, kann dann die obere Grenze, oberhalb deren die Absorption stattfindet, modifiziert werden. Die Konzentration für die verwendete Kupferchloridlösusng ist in diesem Fall geringer als dann, wenn die gesamte selektive Absorption einzig und allein durch den flüssigen Wärmeträger erzielt werden soll.

Der Betrieb des in Fig. 5 dargestellten Gewächshauses gestaltet sich dann in folgender Weise:

Während der Nacht und ebenso während des Tages bei starkem Wind wird der Zwischenraum 28 leer gehalten, während zu gewissen Stunden des Tages und der Nacht flüssiger Wärmeträger durch den Zwischenraum 26 strömt. An Tagen mit nur geringer Windgeschwindig keit läuft während der Sonnenscheindauer flüssiger Wärmeträger gleichzeitig durch die Zwischenräume 26 und 28.

In Fig. 6 ist in Form eines Teilschnitts eine besondere Ausführungsform für die Abdeckung des Gewächshauses 14 von Fig. 5 veranschaulicht. Die Darstellung in Fig. 6 zeigt zwei durch ein Zwischenstück 18 miteinander verbundene Gewölbebögen 16, die zwei übereinanderllegende Tafein 56. und ?S mit Zellenstruktur tragen, zwischen denen eine Schicht 60 aus einem Material angeordnet ist, die Strahlung mit einer eine je nach der im Gewächshaus 14 zupflegenden Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 S Einheiten lie-

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gende Schwelle übersteigenden Wellenlänge selektiv absorbiert.

Diese Schicht 60 ist entweder eine zwischen die beiden Tafeln 56 und 58 eingefügte Absorptionsfolie oder ein auf die eine oder die andere der beiden aneinander anliegenden Oberflächen der Tafeln 56 !

" ι und 58 aufgebrachter absorbierender Anstrich. Die Tafeln 56 und 58

bestehen aus einem transparenten Kunststoff, beispielsweise aus I

Polymethylmethacrylat oder aus Polyvinylchlorid. !

Jeder der beiden Tafeln 56 und 58 weist zwei ebene Wände aufj die j über Querwände 62 miteinander verbunden sind, so daß dazwischen eine Vielzahl von zueinander parallelen Zellen oder Kanälen 64 entstehen.

Diese Tafeln lassen sich in einfacher Weise im kalten oder warmen

Zustand mit passender Krümmung wölben und sodann Seite an Seite durch Schweißung, durch Verkleben oder ein sonstiges Verbindungs— verfahren in der Weise miteinander verbinden» daß die in gegenseitiger Verlängerung zueinander liegenden Zellen 64 durchgehende Kanäle für den Umlauf des flüssigen Wärmeträgers bilden.

Selbstverständlich lassen sich Tafeln mit Zellenstruktur der in Fig· 6 dargestellten Art auch für den Aufbau von Gewächshausabdeckungen verwenden, die nur zwei Wände mit einem einzigen Zwischen raum dazwischen aufweisen, wobei es dann nur einer einzigen Tafel,

beispielsweise der Tafel 56 bedarf, die außen mit der Schicht 60 ! überzogen ist.

Es soll nun eine Ausführungsvariante für das Klimatisierungsverfahren beschrieben werden, bei der die Strahlungstemperatur in Rechnung gestellt wird. ;

In Fig. 7 ist ein Diagramm dargestellt, das die Variation der Strahlungstemperatur für die Pflanzendecke in einem Gewächshaus ·

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ORIGINAL INSPECTED

während 24 Stunden wiedergibt, wie sie entsprechend Fig. 5 mit Hilfe eines Fühlers 54 gemessen werden kann.

Die in Fig. 7 in gestrichelten Linien dargestellte Kurve veranschaulicht die Temperaturän'derungen, die in einem herkömmlichen Gewächshaus auftreten, .während die voll ausgezogene Kurve in Fig.7 der Tempera tür änderung in einem gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserten Gewächshaus entspricht.

Bei einem Gewächshaus herkömmlicher Art wird die tiefste Temperatur T1 am frühen Morgen, beispielsweise um 6 Uhr, erhalten. Sodann steigt die Temperatur rasch an und erreicht gegen 12 Uhr einen Maximalwert T2, worauf sie langsam wieder auf den niedrigsten Wert Tl absinkt.

• In der grafischen Darstellung von Fig. 7 sind weiter der zulässige Minimalwert T1 und der zulässige Maximalwert T2 für die Strahlungstemperatur der Pflanzendecke eingetragen. Bei diesen Grenzwerten handelt es sich um die Temperaturen, jenseits deren sich das Pflanzenwachstum im Gewächshaus verlangsamt. Werden diese Grenzwerte erheblich überschritten, so können sogar irreparable Schaden an den Pflanzen auftreten. Die genauen Zahlen für diese Grenzwerte variieren mit der jeweiligen Pflanzenkultur. Der untere Grenzwert T1 liegt für die meisten Pflanzenkulturen in den gemäßigten Klimazonen zwischen 7 und 15° C, während der Bereich für den oberen Grenzwert T2 für die gleichen Pflanzenkulturen zwischen 35 und 40°C liegt. Zur Erzielung eines guten Pflanzenwachstums muß die Temperatur im Gewächshaus stets zwischen den beiden Grenzwerten T1 und T2 gehalten werden. Die Einhaltung dieser Bedingung allein reicht jedoch nicht aus. Eine gleichförmige Temperatur zwischen diesen beiden Grenzwerten T1 und T2 schafft ebenfalls keine günstigen Entwicklungsbedingungen für den Pflanzenwuchs. Ss ist außerdem er-

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forderlich, daß die Strahlungstemperatur für die Pflanzendecke entsprechend einem.Tageszyklus variiert, in dessen Verlauf eine Mindestdifferenz ^j.T der Größenordnung von 20° zwischen der Tagestemperatur und der Nacht temperatur auftritt.

Das erfindungsgeYHäße Klimatisierungsverfahren gestattet es nun, dieses gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Die in Fig. 7 eingetragenen Temperaturen' ti und t2 bezeichnen zwei Schwellen, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Pflanzenkultur und damit den zulässigen Grenzwerten T1 und T2 einerseits und in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gewächshaus und der thermischen. Trägheit der Anlage andererseits gewählt werden. Die untere ■ Schwelle ti liegt geringfügig oberhalb des zulässigen Minimalwertes T1, und sie wird beispielsweise zwischen 15 und 20° C gewählt. Die obere Schwelle t2 liegt geringfügig unterhalb des oberen zulässigen Grenzwertes T2, beispielsweise zwischen 25 und 30°. Für die nachstehende Beschreibung des Verfahrensablaufs werden als untere Schwelle bzw. als obere Schwelle die Werte ti = 20° bzw. t2 = 30° angenommen.

Der Betriebsablauf gestaltet sich dann wie folgt. Der Anfangszeitpunkt sei 9 Uhr morgens. Die Pumpen der Anlage stehen still. Das einfallende Sonnenlicht beginnt den Wärmeträger aufzuheizen, und das Wasser in den Räumen 17 und 8 in Fig. 5 erfährt eine rasche Aufheizung. Die Strahlungstemperatur t für dxe Pflanzendecke steigt entsprechend an.

Gegen 11 Uhr erreicht die Temperatur t die obere Schwelle t2, und der Fühler 54 setzt automatisch die Umlaufpumpe 38 in Betrieb. Der flüssige Wärmeträger beginnt zu strömen und führt die aufgenommene Wärme in das Reservoir 40 ab.

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Das gesamte Gewächshaus arbeitet somit als Empfänger für Sonnen-

ί energie, und das Reservoir 40 wird zum Wärmespeicher. '

Die Strahlungstemperatur für die Pflanzendecke im Inneren des Gewächshauses nimmt unter der .Einwirkung der nicht absorbierten und in das Gewächshaus eindringenden Sonnenstrahlung sowie dem Einfluß der sehr langsamen Aufheizung des flüssigen Wärmeträgers weiter zu. Nach 18 Stunden erreicht die Strahlungstemperatur t

ein Maximum, das beispielsweise bei 33° liegt, worauf sie wieder abzusinken beginnt. Dieses Absinken der Temperatur t vollzieht sich jedoch langsamer als bei einem bisher üblichen Gewächshaus, da der ,

flüssige Wärmeträger weiterhin in Umlauf gehalten wird. Nach 22 Stunden ist die Strahlungstemperatur t wieder unter die obere Schwelle t2 abgesunken, und der Fühler 54 setzt automatisch die ,Umlaufpumpe 38 still. Die Strahlungstemperatur t nimmt daraufhin

rascher ab, und nach 24 Stunden sinkt die Strahlungstemperatur t für die Pflanzendecke unter die untere Schwelle ti ab. Daraufhin setzt der Fühler 54.automatisch die Umlaufpumpe 38 wieder in Gang, ;

/ .und das Reservoir 40 arbeitet dann-als Wärmequelle für die Abgabe i von Wärme an das Gewächshaus. Die Strahlungstemperatur t nimmt weiter, jedoch mit erheblich verlangsamter Geschwindigkeit, ab, bis etwa gegen 6 Uhr morgens, wo sie unter der Annahme von ti = 20°

/ einen Minimalwert von beispielsweise 1 5° C erreicht, worauf sie '. wiederum anzusteigen beginnt.

Sobald.während"dieses Temperaturanstiegs die Temperatur t öCie untere Schwelle ti überschreitet, setzt der Fühler 54 automatisch die Umlaufpumpe 38 außer Betrieb, und der gesamte Arbeitszyklus beginnt von neuem.

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Claims

■ ι

• ι

I Patentansprüche I

ny Verfahren zum Klimatisieren eines zur Pflanzenkultur dienenden ι und mindestens in einem Teilbereich seiner Abdeckung mehrwandig j mit mindestens zwei einen mit einem flüssigen Wärmeträger gefüll-" ten Zwischenraum zwischen sich begrenzenden transparenten Wänden aus geführten Raumes bei Tag und bei Nacht, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Tag den Einfall von Sonnenenergie in den zu klimati-• siereaden Raum durch selektive Absorption der Strahlung mit die Wellenlänge der für das Pflanzenwachstum nutzbaren Strahlung übersteigender Wellenlänge mit Hilfe eines durch die transparenten Wände des Raumes uncCden dazwischen befindlichen Wärmeträger ge- j bildeten optischen Filters selektiv begrenzt, ebenfalls bei Tage \ die vom Wärmeträger aufgenommene Wärme unter dessen Umlauf in j einem geschlossenen Kreislauf abführt und in einem zwischen den Wänden des Raumes angeordneten getrennten Reservoir speichert j und bei Nacht im Inneren des Raumes unterUmlauf des Wärmeträgers

' im Zwischenraum zwischen den Raumwänden eine Minimaltemperatur aufrechterhält.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strahlungstemperatur der Pflanzendecke im Inneren des Raumes mißt,. für diese Strahlungstemperatur eine geringfügig unterhalb des zulässigen Maximalwertes liegende obere Schwelle und eine geringfügig oberhalb des zulässigen Minimalwertes liegende untere ^: Schwelle festlegt und den Wärmeträger umlaufen läßt, sowie die

¹ Strahlungstemperatur bei Tage die obere Schwelle überschreitet oder bei Nacht die untere Schwelle unterschreitet/

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3.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
obere Schwelle zwischen 25 und 30° C und die untere Schwelle
zwischen 15 und 20° C gelegt wird.

4. Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche

Raum, von dem

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum einen einen/mindestens e'nn Teil durch mindestens zwei einen mit einem flüssigen

Wärmeträger gefüllten Zwischenraum zwischen sich begrenzende

i und gemeinsam mit dem Wärmeträger eine Strahlung mit eine je nach

der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 A liegende
.· obere Schwelle übersteigender Wellenlänge absorbierendes optisches \ filter bildende transparente Wände gebildet ist und zum anderen
•einen geschlossenen Kreislauf umfaßt, zu dem der cder die

Zwischenräume zwischen den Raumwänden, ein davon getrenntes

Reservoir für die Wärmespeicherung und eine Pumpe gehören. !

/ 5· Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe

bei Tag und bei Nacht automatisch durch einen im Rauminneren ange- ·

ordneten Temperaturfühler gesteuert wird. ι

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine der Wände des Raumes ein optisches Filter bildet, das Strahlung absorbiert, deren Wellenlänge oberhalb einer je nach der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 8. liegenden Schwelle liegt.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei ' Wände aufweist, von denen die innere das optis-che Filter bildet.

8. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnst, daß der flüssige Wärmeträger Strahlung absorbiert, deren Wellenlänge oberhalb einer
zv/i sehen 6000 und 7500 S liegenden Schwelle liegt,

9«. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Wärmeträger eine wässrige Kupferchloridlösung ist, deren Konzentra-

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tion vorzugsweise bei 25 g/l für eine Schichtdicke von 1 cm Wasser ■ liegt. . :

10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum Wände aufweist, deren Oberfläche für Strahlung mit Wellenlängen im Bereich der Wärmestrahlung reflektierend und isolierend ist.

11. Anlage nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß sie einen . Raum aufweist, von dem mindestens ein Teil seiner Abdeckung aus ; drei transparenten Wänden aufgebaut ist, die zwischen sich zwei Zwischenräume für den Umlauf eines flüssigen Wärmeträgers begrenzen, und von denen die mittlere Wand ein optisches Filter bildet, das " Strahlung absorbiert, deren Wellenlänge je nach der jeweiligen Pflanzenkultur oberhalb einer zwischen 6000 und 7500 & liegenden oberen Schwelle liegt.

12. Anlage nach Anspruch 11,- dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Abziehen des im äußeren Zwischenraum enthaltenen Wärmeträgers während der Nacht und bei oberhalb eines bestimmten _; Grenzwertes liegenden Windgeschwindigkeiten aufweist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung des Raumes Zumindest in ihrem der Sonneneinstrahlung zugewandten Teilbereich aus Tafeln mit Zellenstruktur aus transparentem Kunststoffmaterial besteht, die so aneinandergefügt sind, daß die Zellen Kanäle für den Umlauf des flüssigen Wärmeträgers bilden.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle parallel an einen Speisesammler und einen Rücklaufsammler angeschlossen sind, die zu dem geschlossenen Kreislauf mit dem Speicherreservoir und der Pumpe gehören.

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i15. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlauf des flüssigen Wärmeträgers in den Kanälen vom Grunde zum Scheitel des Raumes erfolgt.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung des Raumes zumindest in ihrem der : Sonneneinstrahlung zugewandten Teilbereich aus zwei Schichten von ι

übereinanderliegenden transparenten Tafeln mit Zellenstruktur be- . steht, in denen der flüssige Wärmeträger umläuft und zwischen die eine Schicht eingefügt ist, die ein Filter bildet, das die Strahlung selektiv absorbiert, deren Wellenlänge oberhalb einer je nach der jeweiligen Pflanzenkultur zwischen 6000 und 7500 R liegenden Schwelle liegt.

17· Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zu klimatisierende Raum in seinem Inneren Fühler für die Strahlungstemperatur enthält, die zur Steuerung der Pumpe dienen.

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