NL8500110A - Energiebesparingsscherm. - Google Patents

Description

N.0.32.942 1

Energiebesparingsscherm

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een nieuw energiebe-sparingsscherm, dat in het bijzonder bruikbaar is in tuinbouw- en sier-plantkassen.

De ontwikkeling van thermische schermen in tuinbouw- en sierplant-5 kassen is sedert een tiental jaren veroorzaakt door het duurder worden van de energiekosten. Deze ontwikkeling heeft menigvuldige voorstellen te zien gegeven, die verband houden met: - theoretische, vooral thermische studies, - experimenten op het gebied van verschillende produkten, 10 - de ontwikkeling van schaduwschermen, voorafgaande aan die van thermische schermen.

Men heeft aldus meer of minder belangwekkende energiebesparingen en bijbehorende nadelen van de schermen, die hun belang op losse schroeven kunnen zetten, in het licht kunnen stellen. Aldus zijn de 15 volgende nadelen opgeheven: - Daglichtverliezen en eveneens verlichtingsduur. Er is verslag uitgebracht van experimenten, waarbij de thermische voordelen teniet zijn gedaan door het lichtverlies onder het meebrengen van een vermindering van landbouwproduktie en dus globaal exploitatieinkomen.

20 - Condensaties onder het scherm en druppeling op de cultures. Er is daar versterkingsrisico van schimmelziekten en verhoging van behan-delingskosten.

- Onvoldoende thermische voordelen ten opzichte van investerings- en installatiekosten van de schermen. Heeft op dit punt te maken met te 25 hoge kosten en vooral een te gering rendement van de schermen.

Er is bovendien geschreven, dat de thermisch meest doelmatige schermen die zijn op basis van: - uit veel lagen bestaande schermen liever dan uit één laag bestaande schermen, 30 - dichte schermen liever dan open poreuze schermen, - IR reflecterende schermen liever dan absorberende schermen.

Aldus zijn oplossingen beschreven voor het optimaliseren van die of die factor. De toepassing van verschillende gemetalliseerde ondoordringbare schermen leidt tot thermisch belangrijke voordelen, soms ver-35 taald door warmtebesparingen, die groter zijn dan 90%. Maar dit bevredigt niet noodzakelijkerwijze de andere vermelde toepassingscriteria.

Op een ander vlak wordt aanbevolen, dat de geplooide schermen, in dagpositie, niet meer dan 5% globaal licht ontvangen door de gekweekte jS C Λ ^ A Λ qD vj u i : (i i * 2 planten mag verlagen. De zaak is in hoofdzaak gelegen in de bewegings-inrichting van het op zijn plaats gebrachte scherm en op de plaatsing van het in de kas geplooide scherm. Dit behandelt niet de vraag, die verbonden is met de toepassing van het scherm zelf: 5 De doelmatigste schermen zijn gemetalliseerd, dus reflecterend in het zichtbare en thermische infrarood. Zij kunnen dus slechts ’s nachts worden geplooid. Ondertussen: . voormiddagen of zelfs winterdagen kunnen koud blijven . de eerste uren van de morgen, bij het opkomen van de zon, zijn dik-10 wijls kouder dan de nachtelijke uren. Dan staat men op, de tempera-tuurmaxima en een verwarmingsplaats van goed geregelde installaties-van kasverwarming lijkt noodzakelijk.

Er wordt dus vastgesteld, dat de schermen met de beste prestaties met deze gegevens geen rekening houden ofwel ten koste van de onder de 15 kas ontvangen hoeveelheid licht.

Samenvattend maken de bekende elementen het niet mogelijk tegelijk een optimalisering van de verwarmingsvoordelen en natuurlijke verlich-tingsduren van de kas te bereiken. Welnu, deze parameters zijn fundamenteel voor een optimale exploitatie van de beschutte cultures.

20 De condensaties onder een scherm zijn een tweede type welbekend nadeel.

Deze condensaties onder een scherm zijn duidelijk verbonden met de verhoogde relatieve vochtigheid van de lucht in de buurt van de cultuur die met verschillende middelen worden besproeid: besprenkelingen, drup-25 pelsgewijze, enz. Opgemerkt wordt, dat in de winter de condensaties zich meestal elke dag op de wanden van de kassen, in het bijzonder 's nachts, vormen. Het dauwpunt is bereikt. Hetzelfde is het geval in . veel van de proeven beschreven met de thermische schermen, in het bijzonder uit één laag. Om deze belemmering te overwinnen is voorgesteld 30 open schermen met gaten enz. te nemen. De aandacht moet er op worden gevestigd dat elke oplossing gebaseerd op de poreusheid van het scherm het thermisch rendement van het scherm gaat verminderen. Maar hetzelfde is het geval voor elk vochtig scherm, in’het bijzonder voor de meest doelmatige in het infrarood reflecterende produkten. Immers is water 35 een krachtig absorptiemiddel van thermische infrarood stralen. Alle damp, nog meer elke continue oppervlaktelaag van water op een gemetalliseerd scherm gaat deze ten dele of geheel absorberend maken voor infrarood stralen. Er is dus verlies van reflecterende eigenschappen en ten dele thermisch rendement. Indien een absorberend scherm inderdaad 40 duidelijk op zijn beide zijden meer uitstraalt zal het rendement ervan ύ k n 0 1 1 0.

r * 3 eerste benadering van een % aldus berekend worden: reflecterend vermogen in droge toestand - reflecterend vermogen In vochtige toestand 2 5

Tenslotte heeft men in de Franse octrooiaanvrage 81/22.463 een dubbel scherm geoctrooieerd bestaande uit: - een eerste samengestelde film waarvan de terugkaatsende metaal-zijde bedekt is net een transparante film, die de infrarode stralen met 10 een golflengte van ten minste gelijk aan 2 micrometer laat passeren.

Deze zijde vormt de zijde 1 (a) van de samengestelde film. De andere zijde van de samengestelde film wordt gevormd door een filmdrager, - een tweede film, die transparant is voor zichtbare stralen en de infrarode stralen met een golflengte ten minste gelijk aan 2 micrometer 15 laat passeren. i

De tweede film is onmiddellijk geplaatst onder de terugkaatsende I

zijde 1 (a) en boven de warmtebron.

Het dubbele scherm, zoals geoctrooieerd in de Franse octrooiaanvrage 81/22.463 heeft aanzienlijke nadelen: belangrijke convectiever-20 liezen, gering reflecterend rendement. ! i

Er doet zich dus het probleem voor een thermisch scherm tot stand i te brengen, dat het enerzijds mogelijk maakt de verschillende nadelen, die worden vertoond te verhelpen en anderzijds de globale werking te optimaliseren door rekening te houden met het geheel van de beschreven ' 25 parameters. !

De onderhavige uitvinding beantwoordt aan dit doel. In het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een verbeterd thermisch scherm, dat in het bijzonder bruikbaar is als energiebesparings-inrichting in tuinbouw- en sierplantkassen en wordt gekenmerkt, door-30 dat het is samengesteld uit twee lagen (1) en (2), waarbij de laag (1) gevormd wordt door een samengesteld materiaal, waarvan een zijde (a) gemetalliseerd en reflecterend is en de andere zijde (b) een materiaal is met thermisch infrarood absorberende eigenschappen en de laag (2) is samengesteld uit een film, die voor zichtbare stralen doorlatend is en voor thermisch infrarood absorberend is.

Opgemerkt wordt, dat de uitdrukking laag volgens de onderhavige uitvinding in zeer algemene zin genomen moet worden. Aldus kunnen de lagen zijn samengesteld uit films, non-wovens, samengestelde materialen, die eventueel plaatselijke versterkingen dragen. De lagen kunnen 40 continu zijn of uit panelen bestaan.

85 0 A 1 1 ft * v v w i ί v I » 4

Derhalve is het verbeterde scherm volgens de onderhavige uitvinding gebaseerd op de volgende elementen: - een laag (1) bestaande uit ten minste een gemetalliseerd oppervlak met sterke reflecterende eigenschappen aan een zijde en thermisch 5 infrarood absorberende eigenschappen op de andere zijde, - een laag (2) bestaande uit een oppervlak, dat voor zichtbare stralen doorlatend is en thermisch infrarood absorbeert, een geschikte plaatsing in de ruimte van de lagen (1) en (2), - indien noodzakelijk een gescheiden in bewegingstelling van de 10 lagen (1) en (2).

Doelmatig wordt het scherm volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de laag (1) gevormd wordt door een samengesteld materiaal, waarvan de reflecterende metaalzijde (a) een reflecterend vermogen heeft dat groter is dan 70% en waarvan de zijde (b) een thermische 15 infrarood absorptie heeft die groter is dan 40%.

Volgens een voorkeursvariant van de uitvinding is het reflecterende vermogen van de zijde (a) groter dan 85%.

Volgens een andere doelmatige variant wordt het scherm volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt, doordat de laag (2) gevormd wordt 20 door een film met een globale transparantheid in het zichtbare licht, die groter is dan 70% en een globale absorptie in het infrarood, die * groter is dan 45%.

Volgens een voorkeursvariant is de globale transparaatheid in het zichtbare licht van de laag (2) groter dan 80%.

25 De technische uitdrukkingen, die dienen om de uitvinding te be schrijven, kunnen door de volgende elementen nader omschreven worden: Infrarood absorptie op gemetalliseerde film

Men duidt met de waarde aan van het % van de geabsorbeer de infraroodstroom. Men meet de ogenblikkelijke globale absorptie door het monster van de geëmitteerde stroom door een lichaam met ongeveer omgevingstemperatuur. Hij stelt dus de absorptie voor van de materialen ten opzichte van de thermische infrarood stralen met breed spectrum met een maximum van omstreeks 10 pm.

Gebruikte apparatuur EL 520 - Sociétê ELAN Informatique - licentie 35 C.N.R.S. - monster bij 20°C - IR emissie voor fotocel bij 70°C. Infrarood reflectiecoëfficient op gemetalliseerde film Deze wordt gegeven door de uitdrukking: ^IR = X0° - ^ IR 40 85 0 0 1 10 5 0 *

Stralende stroom door een dubbel scherm : Q

Deze stroom wordt gemeten in een omhulsel (5) voorgesteld in fig.

(1). In dit omhulsel vindt men resp. van hoog naar laag: - een bron R, die met stabiele capaciteit een stroom IR emitteert; 5 deze bron (4) is in het algemeen een geregelde elektrische weerstand, - een film (1), die een van de elementen van het thermische scherm vormt, - een film (2), die het tweede element van het thermische scherm vormt, waarbij de films (1) en (2) gescheiden zijn door een laag lucht 10 (3)> - een koude wand (6), die een deel van de door de bron (R) geëmitteerde stroom ontvangt.

De meting van de stroom Q wordt gedaan door meting van de stroom geëmitteerd door een bron "R" met stabiele capaciteit (geregelde elek-15 trische weerstand) door de twee films naar een uitwendig milieu van 0°C (circulatie van een ingestelde zoutoplossing). Men meet het door de stralingsbron geëmitteerde vermogen. Daaruit de stroom Q in W/M^.h en desnoods de thermische weerstand van het scherm.

20 oppervlak χ.(Τχ) - Ï£)

Q

In hetzelfde omhulsel meet men eveneens de temperaturen van de twee 25 films (T^ voor film (1); voor film (2) en T3 voor de luchtlaag). |

Transparantheid in het zichtbare licht T : het betreft het % getransmitteerd door de film door een straling, waaryan de golflengten zich uitstrekken tussen 380 en 760 nm. T j wordt door spectrofotometrie gemeten.

30 Absorptie van de IR straling op transparante film

Dit is het % van de geabsorbeerde IR stroom, gemeten door spectro- ' metrie tussen 3 en 20 p in direct en diffuus licht.

De absorptiecoëfficiënt wordt aangeduid met ^·χ^«

De aard van de laag (1) kan zeer gevarieerd zijn. Zo kan men een 35 metalliseerbare polymeerfilm (polyester, PVC) gebruiken, welke poly-meerfiim een dikte heeft van 5 tot 100 pm. De polymeerfilm wordt bedekt door een dunne metaallaag, die volgens elke bekende techniek kan worden aangebracht (verdamping onder verminderde druk). De metaallaag kan een dikte hebben, die varieert van 10 nm tot 60 nm; het afgezette metaal 40 kan chroom, aluminium zijn.

85 0 0 1 10 * 6

In het algemeen verdient het de voorkeur de metaalzijde van de laag (IJl te beschermen door afzetting van een dunne laag van een door IR transparant "beschermings"vernis en waarvan de dikte enkele micrometer bedraagt. De aard van de beschermingsvernis is zeker niet kritisch: 5 het kan bijvoorbeeld gaan om een homopolymeer- of copolymeervinylver-nis. Eventueel zal de beschermingsvernis eveneens kunnen worden aangebracht op de niet gemetalliseerde polymeerzijde van de laag (1).

In het volgende zal men steeds met metaalzijde van de laag (1) het metaaloppervlak zelf of het metaaloppervlak bekleed met het transparan-10 te beschermingsvernis ervan definiëren.

Volgens een andere variant kan men als laag (1) films gebruiken, zoals hiervoor gedefinieerd, op de niet gemetalliseerde zijde, op de non-wovens of op de verschillende films (polyalkenen) tegengelijmd, teneinde de gebruikseigenschappen te verbeteren.

15 Als algemene regel komen de materialen van de laag (1) overeen met ongeveer 10 tot 100 g/m^.

De lagen (2) zijn in het algemeen samengesteld uit "thermische" buigzame films waarvan het gebruik in de landbouw voor de specialist welbekend is.

20 Deze films kunnen vinylhomopolymeren of -copolymeren of etheen- vinylmonomeer-copolymeren zijn. Het kan eveneens speciaal gevulde poly- t etheenfilms betreffen.

De films, die de lagen (2) vormen, hebben in het algemeen een dikte, die gelegen tussen 15 en 100 ym.

25 Onder de materialen, die als laag (2) geschikt zijn, kan men de PITT (R) S 3 films, in de handel gebracht door SILVALLAC en de ALCUDIA (R) polyetheenfilms in de handel gebracht door ALCUDIA vermelden.

De lagen (1) en (2), die in het kader van de onderhavige uitvinding geschikt zijn, dienen een goede luchtdichtheid te hebben. Het kan 30 dus gaan om een continue of nagenoeg continue structuur, eventueel zeer gering geperforeerd om de eventuele afvloeiing van waterdruppels mogelijk te maken, maar die niet meer dan 20% maximum de eigenschappen van het scherm verlagen.

De lagen (1) en (2) worden van elkaar gescheiden door een lucht-35 laag; de optimumdikte van deze luchtlaag kan gemakkelijk op experimentele wijze bepaald worden of worden afgeleid uit de kennis van de con-vectiebewegingen; in het algemeen is deze dikte gelegen tussen enkele cm en 50 cm en bij voorkeur tussen 5 en 20 cm.

De rangschikking in de ruimte kan gevarieerd worden, maar bij 40 voorkeur zal de zijde gekeerd naar de warmtebron IR absorberende eigen- 8500110 7 schappen hebben: het betreft dus hetzij de zijde (b) van de laag (1) hetzij de laag (2).

In deze schermconfiguratie leidt de IR absorberende zijde tot: 1°) De hoogste temperaturen van het scherm nabij de grond. Dit is 5 praktisch essentieel om het dauwpunt op de inwendige laag en derhalve condensaties en druppels te vermijden.

2°) De hoogste inwendige temperaturen. Het stralingsevenwicht tussen een warm scherm en de vegetatie heeft de hoogste cultuurtemperaturen (bladtemperaturen) tot gevolg. Alle biologische gegevens laten het 10 belang van deze factor zien.

Aan de andere kant maakt deze configuratie het mogelijk zeer sterk de convectieverliezen te beperken, waarbij nagenoeg geheel het conden-satieverschijnsel vermeden wordt.

Een bijzonder en de voorkeur verdienend oogmerk van de onderhavige 15 uitvinding wordt dus gevormd door een thermisch scherm met twee lagen gescheiden door een luchtlaag en zoals hiervoor gedefinieerd en gekenmerkt, doordat de laag (2) gelegen is tussen de warmtebron en de laag (1), waarbij de metaalzijde van de laag (1) tegenover de laag (2) is.

Een van de beste uitvoeringsmogelijkheden van de schermen hiervoor 20 wordt dan duidelijk tijdens de gescheiden in bewegingstelling van de twee lagen. Het is aldus mogelijk: * - bij het krieken van de dag de laag (1) weg te nemen (en aldus ”de kas te openen" voor zonnestralen) waarbij men de laag (2) laat zitten (die een belangrijke thermische bescherming waarborgt), 25 - men laat aldus langzamerhand het hoge koude deel van de kas verwar- | men. Be temperatuurafwijking tussen het warme deel van de cultures en het hoger gedeelte boven van het scherm wordt verminderd. Het is dan ! mogelijk de laag (2) te openen.

Deze handeling vermijdt de thermische schokken, die 10°C kunnen 30 overschrijden, die door een koude morgen optreden met een ruwe en totale opening van het scherm. Deze methode maakt ook een dubbele optimalisering mogelijk: thermisch en wat licht betreft, op koude en grauwe dagen met zwakke helderheid is het eveneens mogelijk de gehele dag het scherm (2) te laten zitten.

35 Men ziet dat al deze handelingen gemakkelijk geautomatiseerd kun nen worden, hetzij met uurwerken, hetzij met meters aangepast aan: helderheid, buitentemperatuur enz.

Een ander bijzonder en de voorkeur verdienend oogmerk van de on-40 derhavige uitvinding wordt gevormd door een thermisch scherm met twee 85 0 0 1 10 I * * 8 lagen, gescheiden door een luchtlaag en zoals hiervoor gedefinieerd, waarbij de laag (1) gelegen is tussen de warmtebron en de laag (2), waarbij de laag (1) de gemetalliseerde zijde ervan (a) tegenover de laag (2) heeft. Deze configuratie heeft eveneens goede eigenschappen.

5 In het geheel heeft de uitvinding dus betrekking op een dubbel thermisch scherm, waarvan elk van de lagen nauwkeurige eigenschappen bezit. Een ander wezenlijk aspect betreft de keuze van het inwendige oppervlak: IR absorberende zijde. Door de verschillende gegeven ge-bruiksvarianten ziet men dat de hier aanbevolen configuraties verschei-10 dene praktische installaties toelaten. Alle hebben voordeel met betrekking tot bekende vroegere schermformules. De praktische keuze van de configuratie kan aldus afhangen van: - bedieningsinrichting van het scherm ter plaatse, - exploitatiebelastingen: welke is de te optimaliseren factor? 15 - verwarmingswijze van de kas.

Men ziet dat de uitvinding geoptimaliseerde basisgedragingen teweeg brengt en grote aanpassingsmogelijkheden laat, die duidelijk in het gebied van de uitvinding treden.

Het voorbeeld dat volgt licht de uitvinding toe.

20 Voorbeeld

Men vervaardigt een thermisch scherm uitgaande van de twee lagen (1) en (2) met de volgende eigenschappen:

Laag (1) : deze is samengesteld uit een met aluminium (dikte 30 nm) gemetalliseerde polyesterfilm (dikte 15 pm) en bekleed met een dunne be- (R) schermingslak op basis van polyvinylideenchloride (Claryl w 15 S 1).

De laag (1) heeft een IR absorptiecoëfficiënt langs de gemetalliseerde zijde ervan van 10% (de reflectiecoëfficient is dus 90%). De IR absorptiecoëfficiënt langs het oppervlak is: Sir - 50%).

Laag (2) : dit is een "thermische” polyetheenfilm PITT ^ S 30 3 van SILVALLAC met een dikte van 100 pm met een absorptiecoëfficiënt ^IR van 80%, terwijl de transparantheid ervan in het zichtbare licht 86% is.

De twee lagen zijn in een gesloten omhulsel geplaatst, dat in het laagste gedeelte ervan de warmtebron bevat.

35 Men meet onder de omstandigheden de temperaturen van de twee lagen met onderlinge afstanden van 7 cm in twee verschillende configuraties. Men noteert eveneens het temperatuurverschil tussen de twee lagen en de temperatuur van de warmtebron Ti alsmede de stralingsstroom Q door het dubbele scherm.

85 0 0 1 1 0

* Z

9 • * * • · · : Configuratie 1 : Configuratie 2 : 5 : : koude zone . lucht . lucht : : lucht ί : hoogste laag laag (1) zijde (a) laag (2) : 10 : beneden : : lage laag laag (2) laag (1) zijde (a) : : boven : 15 : warme zonde: grond : : : grond : grond : : T°C laag in lage positie : 24,39 : 21,40 : 20 : : : : * : T°C laag in hoge positie : 5,69 : - 1,19 : 25 :_:_:_: : Δ I °C : 18,60 : 22,59 : 30 : : : : | : Ti °C : 27,90 : 24,0 : 35 : Q W/m2/h : 2,54 : 2,29 : 85001 10 10

Ter vergelijking heeft men hetzelfde type metingen uitgevoerd bij een thermisch scherm, waarvan de laag (2) een standaard polyetheen is met een dikte van 100 pm (£ χ^ : 30%, transparantheid : 87%), waarvan de laag (1) identiek is; twee configuraties zijn bepaald.

85 0 0 1 1 0 11 : Vergelijkingsproeven : 5 : Configuratie 1' : Configuratie 2’ : : lucht : lucht : 10 : laag (1) zijde (a) : standaard : : beneden : polyethyleenlaag : : standaard :laag (1) zijde (a) : : polyethyleenlaag : beneden : 15 : ----- : ----- : grond : grond : : T°C laag in lage positie : 20,19 : 19,06 : 20 i : : : : T°C laag in hoge positie : - 0,32 : - 1,02 : 25 :_:_:_: : Δ T °C : 29,51 : 20,08 : 30 : : : : : Ti °C : 23,14 : 23,24 : 35 : Q W/m2/h : 3,25 ï 4,90 : 85001 10 4 £ 12 ! {»

Men stelt dus het belang vast van de hiervoor gedefinieerde verschillende parameters, omdat in deze configuratie buiten de uitvinding de stralingsverliezen duidelijk hoger zijn.

De schermen volgens de uitvinding worden geïnstalleerd in kassen 5 volgens de configuraties 1 en 2 van de voorgaande tabel; zij zijn totaal bevredigend gebleken.

85 0 0 1 10

Claims (9)

1. Thermisch scherm, met het kenmerk, dat het bestaat uit twee lagen (I) en (2), waarbij de laag (1) gevormd wordt door een samengesteld 5 materiaal, waarvan een zijde (a) gemetalliseerd en reflecterend is en de andere zijde (b) een materiaal is met thermisch IR absorberende eigenschappen en de laag (2) gevormd wordt door een film, die voor zichtbare stralen transparant is en thermisch IR absorbeert.

2. Scherm volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag (1) 10 gevormd wordt door een samengesteld materiaal, waarvan de reflecterende metaalzijde (a) een reflecterend vermogen heeft, dat groter is dan 70% en waarvan de zijde (b) een thermisch IR absorptie heeft, die groter is dan 40%.

3. Scherm volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat de laag 15 (2) gevormd wordt door een film met een globale doorschijnendheid in het zichtbare licht, die groter is dan 70% en met een globale IR absorptie, die groter is dan 45%.

4. Scherm volgens een of meer van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de lagen (1) en (2) door een luchtlaag van elkaar geschei- 20 den zijn. 5* Scherm volgens een of meer van de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat de lagen zodanig zijn opgesteld, dat het oppervlak van de laag direct tegenover de warmtebron thermisch IR absorberend is.

6. Scherm volgens een of meer van de conclusies 1 tot 5, met het 25 kenmerk, dat de twee lagen gescheiden zijn door een luchtlaag en dat de j laag (2) gelegen is tussen de warmtebron en de laag (1), waarbij de ge metalliseerde zijde van de laag (1) tegenover de laag (2) is.

7. Scherm volgens een of meer van de conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat de twee lagen gescheiden zijn door een luchtlaag en dat de 30 laag (1) gelegen Is tussen de warmtebron en de laag (2), waarbij de ge metalliseerde zijde van de laag (1) tegenover de laag (2) is.

8. Scherm volgens een of meer van de conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de twee lagen (1) en (2) gescheiden manoeuvreerbaar zijn.

9. Toepassing van de schermen zoals gedefinieerd in een of meer 35 van de conclusies 1 tot 8 voor de energiebesparing in tuinbouw- en sierplantkas sen.

85 Q 01 10