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Thermochemische Fluide im Gewächshausanbau

Gewächshaus in Tunesien

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Der zweite Prototyp von TheGreefa befindet sich in den Forschungseinrichtungen des Partners INRGREF in Tunis. Dieser im mediterranen Klima gelegene Demonstrator konzentriert sich auf die kombinierte Wasser- und Energieeffizienz.

Beschreibung

Die staatliche Forschungseinrichtung konzentriert sich auf Wasserversorgungsstrategien in ländlichen Gebieten Tunesiens. Die Gewächshauswirtschaft ist ein aufstrebender Sektor der Landwirtschaft im Land, besonders in den Küstenzonen. Er ist jedoch von der zunehmenden Trockenheit und dem Eindringen von Meerwasser in die Grundwasservorräte der Küstengebiete betroffen.

Ein Gewächshaus mit internem Wasserkreislauf, der auf der Verdunstung und Kondensation von Wasser basiert, hat das Potenzial, den Betrieb unabhängiger von begrenzten Süßwasservorräten zu machen. Es wird erlauben, den Bedarf an Frischwasser zu reduzieren und entsprechend auch die weitere Nutzung von salzhaltigem Grundwasser durch Vermischung mit dem Kondensat ermöglichen.

Die Klimatisierung eines geschlossenen Gewächshauses funktioniert völlig anders als bei Standardgewächshäusern: In einem offenen Gewächshaus wird die Sonnenstrahlung hauptsächlich in latente Wärme umgewandelt und als feuchte und leicht erwärmte Luft durch Luftaustausch mit der Umgebung abgeführt. Die Hauptwärmeübertragung erfolgt durch Konvektion. Das bedeutet auch, dass das gesamte von den Pflanzen verdunstete Wasser an die Umgebung abgegeben wird.

In einem geschlossenen Gewächshaus wird der weitaus größte Teil der Wärmeenergie durch Transmission über die Gewächshausabdeckung abgegeben. Dadurch wird der Wasserdampf im Inneren gehalten und wird durch Kondensation wieder in Wasser umgewandelt.

Um eine Überhitzung in dieser Situation zu verhindern, werden mit dem neuen Prototyp folgende Funktionen getestet und bewertet:

• Vergrößerung der Gewächshausoberfläche zur verbesserten Wärmeübertragung durch Hinzufügen eines Luft-Luft-Wärmetauscherkreislaufs und perspektivisch durch neue Gewächshauskonstruktionen mit erhöhter Übertragungsoberfläche.
• Improvement of soil to passively store heat in the ground from day time to night time.
• Aktive Übertragung von Wärme in einem Tag/Nacht-Wärmespeicher durch Verwendung eines Absorptionssystems mit direkter Wärme- und thermochemisch angetriebener latenter Wärmeübertragung. Die thermo-chemisch konzentrierte Lösung ermöglicht die Optimierung der latenten Wärmeübertragung, da der Phasenwechsel zwischen Wasserdampf in der Gewächshausluft und dem Speichermedium bei höheren Temperaturen und höheren Gesamtübertragungsraten erreicht werden kann (sensible plus latente Wärmeübertragung) .
• Regeneration (Re-Konzentration) der thermochemischen Flüssigkeit durch Nutzung verschiedener Wärmequellen (1) Wärme aus dem Gewächshaus und (2) zusätzliche Wärme aus externen, einfachen Kunststoff-Sonnenkollektoren.

Weitere Potentiale der Systeme sind:

• Externe Wärmequellen, wie Restwärme aus industriellen Prozessen oder Abwärme aus Energieanlagen mit konzentrierter Solarenergienutzung (CSP) können potenziell für den Regenerationsprozess genutzt werden und auch zur Kühlleistung beitragen, da in einem Heatpipe-System Trockenkühlung durch Verdunstungskühlung ersetzt wird.
• Ein geschlossenes Gewächshaus benötigt eine CO2-Zufuhr, ermöglicht aber auch eine sehr effiziente Nutzung von CO2 bei erhöhter Konzentration, wodurch die Photosynthese der Pflanzen verbessert wird und die Hitzetoleranz der Pflanzen erhöht wird.
• Ein geschlossenes Gewächshaus ermöglicht eine verbesserte Schädlingsbekämpfung, da keine Insekten eindringen können. Die Entwicklung von Pilzkrankheiten kann durch verbesserte Methoden der Luftentfeuchtung kontrolliert werden.