DE3937012A1 - Verfahren und anordnung zur anreicherung der gewaechshausluft mit kohlendioxid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid, unter Ausnutzung der bei der Verbrennung von schwefelarmen bzw. schwefelfreien Energieträger entstehenden Rauchgase.

Es ist bekannt, daß das Absinken der CO₂-Konzentration in der Gewächshausluft unter das Niveau der Außenatmosphäre von 320 Vol. ppm erhebliche Wachstumsverluste bei Kulturpflanzen verursacht. Unterhalb einer CO₂-Konzentration von 140 Vol. ppm ist selbst bei genügend Wärme, Licht und Nährstoffen kein Pflanzenwachstum mehr möglich.

Üblicherweise benutzt man die in den Gewächshäusern angebrachten Lüftungsklappen, um einen CO₂-Konzentrationsausgleich mit der Außenatmosphäre zu erreichen. Aus heiztechnischer Sicht bringt dieses einfache Verfahren allerdings erhebliche Wärmeverluste mit sich. Andererseits ist mit solchen Verfahren nur eine CO₂-Anreicherung der Gewächshausluft bis auf das Niveau der Außenatmosphäre möglich. Berechnungen und Versuche haben bewiesen, daß erheblich höhere CO₂-Konzentrationen das Wachstum der Kulturpflanzen stark positiv beeinflussen und damit wesentlich höhere Erträge zulassen. Aus diesen Gründen wurden auf diesem Gebiet verschiedene Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen. So wird in der DE 36 14 387 vorgeschlagen, einen CO₂-Generator, der geregelt CO₂ in das Gewächshaus einströmen läßt, zu verwenden. Die Regelung erfolgt durch einen Meßgasstrom. Das Meßgas wird verbrannt und die Flamme auf ihre örtliche Verlagerung bzw. ihr Erlöschen hin überwacht und dient damit als Steuerungsgröße.

Gemäß DE-OS 3 11 42 357 ist das Gießwasser der Pflanzen mit Kohlendioxid zu imprägnieren und die Kohlendioxidfreisetzung in Pflanzennähe über die Temperatur und den Druck des Gießwassers zu steuern.

Weitere technische Lösungen werden in der GB-PS 11 43 403 und in der GB-PS 11 99 270 vorgeschlagen. Obwohl beide Lösungen unterschiedliche Meßverfahren zur Bestimmung der CO₂-Konzentration vorschlagen, wird bei beiden Lösungen technisch reines Kohlendioxid-Gas als CO₂-Quelle benutzt.

In der technischen Lösung gemäß DD-WP 2 43 422 wird aus der Pflanzengröße, der aktuellen Beleuchtungsstärke und der Temperatur, computergestützt, der CO₂-Bedarf ermittelt und durch einen CO₂-Generator für Erdgas oder Biogas erzeugt. Der entsprechende Brenner befindet sich im Gewächshaus.

In der DE 26 49 642 wird zur Deckung des CO₂-Bedarfs der Pflanzen ebenfalls ein CO₂-Brenner verwendet. Die bisherigen bekannten technischen Lösungen haben den Nachteil, daß durch Öffnen der Gewächshausklappen eine Anreicherung der Luft im Gewächshaus mit Kohlendioxid nicht mehr möglich ist und hohe Wärmeverluste im Gewächshaus entstehen. Die Erzeugung des zur Anreicherung benötigten Kohlendioxid erfolgt durch die Verbrennung von technisch reinem CO₂-Gas. Der Umgang mit offenen Brennerflammen erfordert aufwendige brandschutztechnische und sicherheitstechnische Maßnahmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bei der Verbrennung von schwefelarmen oder schwefelfreien Gasen entstehenden Rauchgase so aufzuarbeiten, daß sie unter Ausnutzung des Kohlendioxidgehaltes zur Anreicherung der Gewächshausluft und zur Verbesserung der Gießwasserqualität verwendet werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Hauptrauchgasstrom der Verbrennungsanlage ein Teilvolumenstrom entzogen wird, der nach dem Kohlendioxidbedarf der Pflanzen im Gewächshaus bemessen und durch Kühlung aufbereitet wird.

Der Teilvolumenstrom des Rauchgases wird in einem indirekten Gaskühler, in welchem als Kühlmittel das in den Gewächshäusern benötigte Gießwasser verwendet wird - auf ca. 30°C abgekühlt. Während des Kühlprozesses wird das Gießwasser auf ca. 30°C erwärmt und mit Sauerstoff angereichert. Bei Überschreitung der Rauchgastemperatur wird Frischwasser und Frischluft in den indirekten Gaskühler geleitet und die Rauchgaszuführung in das Gewächshaus unterbrochen. Der abgekühlte Teilvolumenstrom des Rauchgases wird über einen Verdichter und über die im Gewächshaus vorhandenen Verteilungseinrichtungen zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid über die Konzentration der Außenatmosphäre bereitgestellt. Eine Kontrolle der im Teilvolumenstrom des Rauchgases vorhandenen Schadstoffkonzentrationen erfolgt an mehreren Meßstellen durch die Infrarot-Absorptionsmethode. Als obere Grenzwerte der im Teilvolumenstrom des Rauchgases enthaltenen Schadstoffe wurden folgende Konzentrationen ermittelt:

CO₂  4550 ppm
CO  150 ppm
SO₂  0,15 ppm
NO_x  0,20 ppm

Bei Überschreitung der Schadstoffkonzentrationen von einen oder mehreren Grenzwerten wird die Einleitung des Teilvolumenstromes des Rauchgases in das Gewächshaus unterbrochen und Frischluft in das Gewächshaus geleitet. Über eine Rauchgasleitung, in der ein Frischluftfilter angeordnet ist, wird dem Hauptrauchgasstrom ein Teilvolumenstrom entzogen. Der Teilvolumenstrom des Rauchgases wird über einen Rauchgasfilter in einen indirekten Gaskühler geleitet, in dem ein Rauchgas- Luft-Wasser-Wärmetauscher und Sprühwasserdüsen angeordnet sind. Der indirekte Gaskühler ist über eine Gießwasserpumpe und einen Gießwasserfilter mit dem Gießwasserbecken sowie über ein Gebläse mit einer Frischluftzufuhr verbunden und stellt eine Verbindung zur Atmosphäre her, durch die die Abluft entweichen kann. Am unteren Ausgang des indirekten Gaskühlers wird das mit Sauerstoff angereicherte Gießwasser in das Gießwasserbecken zurückgeführt. Zur Regulierung der Gießwassertemperatur steht der indirekte Gaskühler mit einer Temperaturmeßstelle und einer Frischwasserzuführung in Verbindung, in der ein Frischwasserventil angeordnet ist. Eine Rauchgasleitung verbindet den indirekten Gaskühler mit dem Gewächshaus. In der Rauchgasleitung sind eine Temperaturmeßstelle, ein Kondensatabscheider, ein Rauchgasventil und ein Verdichter angeordnet. Zur Regulierung der Rauchgastemperatur steht die Rauchgasleitung mit einem Frischluftventil und einem Frischwasserventil in Verbindung. Die Rauchgasleitung mündet im Gewächshaus, in dem die Verteilungseinrichtungen für das Rauchgas und Meßstellen zur Überwachung der Schadstoffkonzentrationen der Rauchgase angeordnet sind. Das Verfahren und die Anordnung zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid ermöglichen mit einfachen und in Gewächshausanlagen vorhandenen Mitteln die Pflanzenproduktion in Gewächshäusern zu erhöhen und zusätzliche Energieträger einzusparen.

Ausführungsbeispiel

An einem Ausführungsbeispiel soll der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein technologisches Schema, das die wesentlichen Funktionen der Rauchgasaufbereitungsanlage darstellt. Über eine Rauchgasleitung wird mittels eines Verdichters 20 ein Teilvolumenstrom des Rauchgases dem Hauptrauchgasstrom 1 entzogen. Dieser Teilvolumenstrom des Rauchgases wird in einem Rauchgasfilter 2 gereinigt und anschließend in den indirekten Gaskühler 4 geleitet. Hier erfolgt die Abkühlung des Rauchgases mittels Gießwasser 13, das durch eine Gießwasserpumpe 11 über einen Gießwasserfilter 12 gefördert und anschließend mittels Sprühwasserdüsen 6 im indirekten Gaskühler 4 verteilt und das so mit Luftsauerstoff angereicherte Gießwasser 14 in das Gießwasserbecken zurückgeführt wird. Durch einen Rauchgas-Luft-Wasser-Wärmetauscher 7 wird das Rauchgas auf eine Maximaltemperatur von 30°C gekühlt. Über ein Gebläse 3 wird Frischluft 10 in den indirekten Gaskühler 4 geblasen, um dadurch den Rauchgaswärmeentzug zu begünstigen. Die Abluft 5 entweicht aus dem indirekten Gaskühler 4 gegen Atmosphäre. Bei Einhaltung der Gießwasser-Maximaltemperatur von 30°C bleibt das Frischwasserventil 9 für die Frischwasserzufuhr 10 geschlossen. Steigt die Temperatur an der Temperaturmeßstelle 8 an, öffnet das Frischwasserventil 9 und mischt das Gießwasser 13 mit dem Frischwasser 10, wird dadurch keine Temperaturabsenkung an der Temperaturmeßstelle 8 erreicht, schaltet die Gießwasserpumpe 11 ab, wobei das Frischwasserventil 9 geöffnet bleibt, und damit der indirekte Gaskühler 4 nur noch mit Frischwasser 10 und Frischluft 3 beaufschlagt wird. Erfolgt nunmehr die Temperatursenkung an der Temperaturmeßstelle 8 unter 30°C, wird das Frischwasserventil 9 wieder geschlossen.

Durch eine Rauchgasleitung mit Kondensatabscheider 16 wird das nunmehr abgekühlte Rauchgas aus dem indirekten Gaskühler 4 entnommen und über eine Temperaturmeßstelle 15 geleitet. Hier erfolgt die Temperaturmessung des abgekühlten Rauchgases. Steigt diese über die Maximaltemperatur von +30°C, wird das der Temperaturmeßstelle 15 nachgeschaltete Rauchgasventil 17 geschlossen und damit die Einleitung der Rauchgase in das Gewächshaus 21 unterbrochen. Sinkt die Rauchgastemperatur an der Temperaturmeßstelle 15 unter 30°C wird die Rauchgaseinleitung in das Gewächshaus 21 durch Öffnen des Rauchgasventiles 17 fortgesetzt. Schließt das Rauchgasventil 17, so wird das Frischluftventil 10 geöffnet, wobei nunmehr Frischluft über den Frischluftfilter 19 durch den Verdichter 20 über Verteilungsvorrichtungen 22 (z. B. Wirbelstromdüsen der Kaltnebelanlage) im Gewächshaus 21 verteilt wird, die zur Absenkung der Schadstoffkonzentration in der Gewächshausluft beiträgt. Die zulässigen Soll-Grenzwerte der Schadstoffkonzentration im Gewächshaus 21 werden an der Meßstelle 23 eingestellt, die kontinuierlich mit den vorhandenen Schadstoffkonzentrationen verglichen werden. Bei Überschreitung der zulässigen Schadstoffkonzentrationen im Gewächshaus 21 wird generell die Rauchgaszufuhr durch Schließen des Rauchgasventiles 17 unterbrochen. Gleichzeitiges Öffnen des Frischluftventiles 18 sowie der im Gewächshaus 21 vorhandene natürliche Luftwechsel als auch die vorhandenen Belüftungssysteme, wie z. B. Deckenluftheizgeräte, sichern die sofortige Absenkung der im Gewächshaus vorhandenen Schadstoffkonzentrationen bis zu dem an der Meßstelle 23 voreingestellten unteren Grenzwert, welcher bei Erreichung die Wiedereinleitung von Rauchgasen in beschriebener Weise in das Gewächshaus 21 bewirkt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Hauptrauchgasstrom
 2 Rauchgasfilter
 3 Gebläse
 4 Indirekter Gaskühler
 5 Abluft
 6 Sprühwasserdüse
 7 Rauchgas-Luft-Wasser-Wärmetauscher
 8 Temperaturmeßstelle
 9 Frischwasserventil
10 Frischwasserzufuhr
11 Gießwasserpumpe
12 Gießwasserfilter
13 Gießwasser
14 Sauerstoffangereichertes Gießwasser
15 Temperaturmeßstelle
16 Kondensatabscheider
17 Rauchgasventil
18 Frischluftventil
19 Frischluftfilter
20 Verdichter
21 Gewächshaus
22 Verteilungsvorrichtung
23 Meßstelle

Claims (3)

1. Verfahren zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid über das Niveau der Außenatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilvolumenstrom des Rauchgases aus dem Hauptrauchgasstrom entnommen, in einem indirekten Gaskühler, der als Kühlmittel Gießwasser enthält, abgekühlt, das Gießwasser erwärmt und durch Frischluftzufuhr mit Sauerstoff angereichert, das abgekühlte Rauchgas über ein Rohrleitungssystem und Verteilungseinrichtungen im Gewächshaus verteilt wird.

2. Anordnung zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid über das Niveau der Außenatmosphäre dadurch gekennzeichnet, daß über einen Verdichter (20) dem Hauptrauchgasstrom (1) ein Teilvolumenstrom des Rauchgases entzogen wird, welcher über einen Rauchgasfilter (2), einem Rauchgas-Luft-Wasser-Wärmetauscher (7) einer Temperaturmeßstelle (15), einen Kondensatabscheider (16), einem Rauchgasventil (17) mit einem Gewächshaus (21) verbunden, in welchem eine Meßstelle (23) und Verteilungseinrichtungen (22) angeordnet sind, wobei die Rauchgasleitung über einen Frischluftfilter (19) und einem Frischluftventil (18) mit der Atmosphäre in Verbindung steht und der Rauchgas- Luft-Wasser-Wärmetauscher (7) in einem indirekten Gaskühler (4), in dem sich die Sprühwasserdüsen (6) für das Gießwasser (13) befinden, angeordnet ist, welcher sowohl mit der Frischluft (3) und der Abluft (5) als auch mit dem Frischwasser (10) über ein Frischwasserventil (9) und einer Temperaturmeßstelle (8) in Verbindung steht und mit dem Gießwasser (13) über einen Gießwasserfilter (12) und einer Gießwasserpumpe (11) sowie zur Ableitung des mit Luftsauerstoff angereicherten Gießwasser (14) mit einem Gießwasserbecken verbunden ist.

3. Anordnung zur Anreicherung der Gewächshausluft mit Kohlendioxid nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verteilungseinrichtung (22) die in Gewächshäusern vorhandenen Kaltnebelanlagen und/oder Deckenluftheizer sowie statische und dynamische Belüftungssysteme oder deren Kombination eingesetzt werden können.