Terugwinnen latente warmte is onderdeel van vraagstuk rond vochtbeheersing

Op het EnergiekEvent in juni gaven de Wageningse onderzoekers Marcel Raaphorst en Feije de Zwart een presentatie over ontvochtigingsmethoden en de mogelijkheden hiermee latente warmte uit vochtige kaslucht terug te winnen. Nu de prijzen voor energie structureel zijn gestegen, neemt het belang van energiezuinig telen – en daarmee van warmteterugwinning – duidelijk toe. Welke systemen zijn er zoal en wat zijn de plussen en minnen?

Klik hier voor de presentatie.

Voor gewasgroei is verdamping noodzakelijk, maar verdamping resulteert niet automatisch in groei. Te hoge vochtniveaus kunnen uiteenlopende problemen veroorzaken, zoals condensatie op gewasdelen en een grotere kans op schimmelinfecties, fysiologische problemen zoals guttatie, broeikoppen of glazigheid en een verstoorde opname of verdeling van nutriënten door de plant.
“Een goede vochtbeheersing in samenhang met overige groei- en klimaatfactoren is essentieel voor goede teelt- en bedrijfsresultaten”, vat Raaphorst de opdracht van telers samen. “Vanuit energetisch oogpunt wil je het teveel aan verdampingsvocht in de kaslucht zo efficiënt mogelijk afvoeren, dus zonder al te veel verlies of input van energie.”

Zes niveaus
De onderzoekers onderscheiden zes niveaus van vochtbeheersing:

1. Het aanhouden van een minimum buistemperatuur en afluchten op basis van kastemperatuur;
2. Luchten/schermkieren in combinatie met stoken;
3. Actief inblazen van droge lucht in combinatie met stoken;
4. Ontvochtigen met directe warmteterugwinning en –aanwending in de kas;
5. Ontvochtigen met dagopslag van de geoogste warmte;
6. Ontvochtigen met seizoensopslag van de geoogste warmte in aquifers.

(1) Minimumbuis en luchten
De eenvoudigste en tegelijkertijd minst energiezuinige strategie om vocht af te voeren, is het aanhouden van een minimum buistemperatuur (van bijvoorbeeld 40°C) en het openen van de luchtramen (op basis van kastemperatuur), zodat er uitwisseling plaatsvindt tussen vochtige kaslucht en relatief droge, koude omgevingslucht.
“Deze methode werkt eenvoudig, kan in principe plaatsvinden zonder monitoring van RV of VPD en maakt het mogelijk om WKK-warmte te benutten wanneer deze draait voor stroomlevering aan het net”, aldus Raaphorst. “De nadelen zijn dat er veel warmte en CO2 verloren gaat en dat er geen nauwkeurige sturing plaatsvindt. Dat is niet meer van deze tijd.”

(2) Kieren en luchten
Een variant op de vorige strategie is vochtafvoer via schermkieren en geopende luchtramen in combinatie met stoken, al dan niet met een minimumbuis. Vanwege het scherm gaat er iets minder warmte verloren en is deze strategie qua regeling iets nauwkeuriger. Nadelen zijn de afhankelijkheid van de wind (snelheid en richting), de bekende kouval via de kieren en de daaruit voortvloeiende horizontale temperatuurverschillen in de kas.
“Energetisch en voor het klimaat is deze strategie verre van optimaal, maar je kunt het vochtniveau er wel effectief mee verlagen”, becommentarieert de onderzoeker. “Als je kijkt naar de mogelijkheden die er al meerdere jaren zijn om het anders en beter te doen, zou je verwachten dat ook deze methode heeft afgedaan. Desondanks zijn er nog veel bedrijven die op deze manier werken.”

(3) Actief inblazen droge lucht
Wat mede dankzij de opkomst van Het Nieuwe Telen (intensief schermen!) veel terrein heeft gewonnen, is ontvochtigen door droge lucht van boven het gesloten scherm (met behulp van schermventilatoren) of buitenlucht (via luchtbehandelingskasten en slurven) in de kas te brengen. Door menging hiervan met de kaslucht wordt het vochtgehalte verlaagd. Vochtige lucht kan voorts door en langs de schermen (en via kieren) ontsnappen, waarbij condensatie kan optreden op het scherm en op het dek. Er is ook uitwisseling van lucht boven het (gesloten) scherm mogelijk via geopende luchtramen.
Het actief inblazen van droge lucht is nauwkeuriger te sturen en energetisch gunstiger dan de drie vorige opties en het vochtniveau, terwijl de klimaatverschillen in de kas (mits juist toegepast) kleiner zijn. Daar staan wel wat investeringen tegenover, die afhankelijk van het gekozen systeem variëren van 3 tot 11 euro per m2. De systemen verbruiken ook energie, zodat ze niet meer dan nodig actief moeten zijn.

(4) Hoeveelheid en plaatsbepaling
Voor de juiste systeemkeuze en dimensionering is het relevant om te weten op welke momenten er hoeveel vocht moet worden afgevoerd. Zonder in te gaan op specifieke teelten, gaven de onderzoekers aan dat het ’s nachts in onbelichte teelten meestal gaat om 10 tot 30 gram water per m2 per uur. In belichte teelten kan dat wel 70 tot 100 g/m2/uur zijn. Zonder actieve ontvochtiging is het niet altijd mogelijk om dat via de normale schermkieren en condensatie tegen het kasdek en raamopeningen af te voeren. Deze passieve vochtafvoer is vooral hoog tijdens koude, winderige dagen en nachten.
Raaphorst: “De plaats waar de lucht wordt ingebracht en het al dan niet openen van de luchtramen hebben ook invloed op de schermtemperatuur en daarmee op de uitstraling en het warmteverlies van de kas. Houd daar dus rekening mee als je die keuze hebt. In situaties waarin je slurven zowel onder als boven het gewas kunt positioneren, dien je een afweging te maken. Slurven bovenin kosten 1 tot 2% licht, maar kunnen gunstig zijn voor de luchtcirculatie en de energiebalans in de kas. Bovendien ontvochtig je dan op de plek waar de jonge bladeren zitten. Die moeten nog groeien en hebben daar voldoende nutriënten (dus verdamping) voor nodig. Bij het Improvement Centre lopen sinds vorig jaar teeltproeven met slurven boven een paprika- en een tomatengewas. Of dat per saldo gunstiger is dan slurven onder de teeltgoten, moet nog uitkristalliseren.”

(5) Warmteterugwinning zonder opslag
Er zijn de afgelopen jaren veel systemen geïntroduceerd die mechanische ontvochtiging combineren met warmtewinning. Aangezogen vochtige kaslucht wordt hiervoor langs een koelblok geleid, waarbij het vocht condenseert en de daarin aanwezige latente warmte vrijkomt. Hiermee kan de koele, gedroogde lucht worden opgewarmd voordat deze wordt teruggevoerd naar de kas.
“Er zijn veel variaties op dit thema bedacht, zowel voordelige, basale systemen als meer geavanceerde, doorgaans duurdere systemen”, zegt de onderzoeker. “Systemen voor ontvochtiging met behulp van hygroscopisch zout – die vooral interessant kunnen zijn voor relatief koude teelten – scharen wij ook onder deze noemer.”
Mechanische luchtdroging met warmtewinning verlaagt de benodigde warmte-input. Een beperking is dat de teruggewonnen warmte op momenten met een structureel warmte-overschot alsnog via de luchtramen moet worden afgevoerd.

(6) Warmtewinning met dag- en seizoensopslag
Last but not least zijn er systemen waarin de geoogste latente warmte uit vochtige kaslucht wordt overgedragen op water dat voor korte of langere tijd kan worden opgeslagen. Omdat het om laagwaardige warmte gaat, is opslag voor korte tijd gebruikelijk. Overdag geoogste warmte kan dan bijvoorbeeld ‘s nachts worden aangewend voor verwarming de kas. Deze systemen kunnen de warmtevraag sterk reduceren, beperken het CO2-verlies, maar vergen ook hogere investeringen.
Dat laatste geldt in het bijzonder voor de seizoensopslag van teruggewonnen warmte in aquifers. Deze optie vergt ook een hoger energieverbruik voor warmtepompen, die de watertemperatuur voor gebruik moeten opwaarderen. Daar staat tegenover dat seizoensopslag mogelijkheden biedt om de koude bron in de zomer aan te wenden voor het koelen van de kas. Hierdoor hoef je minder warmte via de luchtramen af te voeren en gaat er minder CO2 verloren. Seizoensopslag maakt bovendien een grotere besparing op gasverbruik mogelijk, waardoor de stap naar een volledig fossielvrije teelt wordt verkleind.

Brede afweging nodig
De presentatie van beide onderzoekers was doorspekt met rekenvoorbeelden, die teveel uitleg vergen om op deze plaats te bespreken. Raaphorst adviseert telers die hun vochtbeheersing naar een hoger plan willen tillen en daarbij ook warmtewinning te overwegen om zich breed te oriënteren. “Het besparingspotentieel, de benodigde investeringen en de terugverdientijd zijn sterk afhankelijk van de complexiteit van het systeem en van de prijsontwikkelingen op de energiemarkt”, zegt hij tot besluit. “Het lijkt ons zinvol om investeringsbeslissingen niet alleen af te laten hangen van wat er bespaard kan worden op energiekosten, maar ook goed te kijken naar hun plussen en minnen in relatie tot andere factoren, zoals de homogeniteit van klimaat, kwaliteitswinst, ziektepreventie en eventuele productiestijgingen.”