Rationelle Energienutzung in Gewächshäusern - GEFOMA GmbH

Rationelle Energienutzung 

in Gewächshäusern 

DSV Deutsche Saatveredlung AG Salzkotten / Thüle 

Vortrag 

21. Januar 2009 

GEFOMA GmbH

GEFOMA GmbH 

Großbeeren 

Ingenieur- und 

Planungsgesellschaft 

für den Gartenbau 

Bauplanung und Baubegleitung für Gewächshäuser und Betriebsanlagen 

Ingenieurdienstleistungen für Betriebsmittel und technische Anlagen 

Beratung für Gartenbaubetriebe 

Technische und betriebswirtschaftliche Bewertungen, Gutachten und Stellungnahmen

1. Einleitende Bemerkungen 


Unter rationeller Energienutzung versteht man Technologien, 

die Energie mit hohem Wirkungsgrad nutzen bzw. Energie in 

möglichst großen Maße dem eigentlichen Nutzziel zuführen. 

Beispiel: Umwandlung der chemischen Energie eines 

Brennstoffs in Wärmeenergie. 

Ziel: Optimierung des Energieverbrauchs und 

Minimierung von Schadstoffemissionen. 


Nachhaltigkeitsdefizite der derzeitigen Energieversorgung: 

• Globale Klimaveränderung 

• Verknappung und Verteuerung der Reserven an Erdöl und Erdgas 

• Gefährdung bei Betrieb und Entsorgung nuklearer Energie 

Handlungsnotwendigkeiten für die Energieversorgung in Deutschland: 

• Steigerung der Energieproduktivität für mindestens zwei bis drei 

Jahrzehnte auf Werte umd 3 bis 3,5 % pro Jahr (derzeit 1,7 %) 

=> Verringerung des Primärenergieverbrauchs um 25 – 30 % 

bis 2030 

• Steigerung des Beitrags erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch 

auf 12 bis 15 % bis 2030 

Quelle: Langfristzenarien für eine nachhaltige Energienutzung in Deutschland 


in % 

180,0 

160,0 

140,0 

120,0 

100,0 

80,0 

60,0 

40,0 

20,0 

0,0 

Preisentwicklung ausgewählter Energieträger 

in Deutschland 

Jahr 2000 = 100 % 

1975 1985 1995 2001 2002 2003 2004 2005 2006 

Heizöl Erdgas Dieselkraftstoff Benzin Elektr. Strom 


2. Das Gewächshaus als 

Arbeitsmittel 


Zusammenhänge zwischen pflanzenbaulich-technologischen 

Erfordernissen und wirtschaftlichen Bedingungen 

Minimierung des Energieverbrauchs 

• Gewächshaushülle 

• Energieschirmsysteme 

• Energiesparende Wärmeerzeugungsund 

-verteilsysteme 

• Kombinierte Elektroenergie- und 

Wärmeerzeugung 

Wirtschaftlichkeit 

• Minimierter Energieverbrauch 

• Wassersparende Verfahren 

• Arbeitssparende Verfahren 

• Optimierter Materialeinsatz 

=> Baukosten 

• Automatisierung 

Gewächshaus 

Bauweise 

Inneneinrichtung 

Bauausführung 


Optimierte Pflanzenproduktion 

• Geschlossene Kultursysteme 

• Automatisierung Bewässerungs- und 

Düngeeinrichtung 

• Steuerung Klima- und Wachstumgsfaktoren 

• Geeignete Kulturflächen und Transportsysteme 

• Assimilationsbelichtung 

Umweltverträglichkeit 

• Regenwassersammlung 

• Kohlendioxidnutzung aus Rauchgas 

(Erdgas / Flüssiggas) 

• Regenerative Energiequellen 

• Abwärmenutzung 

• Vermeidung von Schadstoffeintrag in 

Boden und Grundwasser

Temperatur im Gewächshaus wird bestimmt durch 

Strahlungsbilanz, Außentemperatur und Gewächshaushülle. 

Sie wird gesteuert durch: 

• Heizung 

• Lüftung 

• Kühlung 

• Schattierung 

• Luftbefeuchtung 

CO2 – Gehalt der Luft im Gewächshaus steht in 

Beziehung zum Luftwechsel und zur Pflanzenmasse. 

Er wird beeinflusst durch: 

• Lüftung 

• CO2 – Aufnahme der Pflanze und des 

Gewächshausbodens 

• CO2 - Zuführung 

Einflußmöglichkeiten auf ausgewählte 

Wachstumsfaktoren im Gewächshaus 


Licht im Gewächshaus wird bestimmt durch 

Strahlung und Gewächshaushülle. 

Es wird beeinflusst durch: 

• Aufstellrichtung und –ort des Gewächshauses 

• Lichttransmission der Gewächshaushülle 

• wenig schattenwerfende Konstruktionsteile 

• gut reflektierende Kulturflächen 

Bei nicht ausreichend natürlicher Strahlung kann mit 

Zusatzbelichtung gearbeitet werden. 

Luftfeuchte im Gewächshaus steht in Beziehung 

zum Luftwechsel und Wasserhaushalt der Pflanze.. 

Sie wird gesteuert durch: 

• Wasserversorgung der Pflanze 

• Luftzirkulation im Pflanzenbestand 

• Luftwechselrate 

• Heizung 

• Luftbefeuchtungs- und -entfeuchtungsanlagen 

.

3. Das Gewächshaus als 

Energieverbraucher 


Wärmebedarf eines Gewächshauses 

Q = u` * AG * (ti – ta) (W) 

Q = Wärmebedarf in W 

u` = Wärmebedarfskoeffizient in W/m² * K 

AG = Gewächshausoberfläche in m² 

ti = Innentemperatur im Auslegungsfall in °C 

ta = Außentemperatur nach Klimakarte der 

DIN 4701 in °C 


Jahresgang von Wärmebedarf und Globalstrahlung für ein 

einfach verglastes Gewächshaus (TI = 15° C) (ZABELTIZ, 1978) 





Stand der Technik im Gewächshausbau und 

-ausrüstung und der Wärmeerzeugung im Gartenbau 

• Einfachverglasung des Daches in Verbindung mit dem Einsatz eines 

Energieschirmes zur Wärmedämmung im Dachraum 

• Wärmedämmende Eindeckungen in den Steh- und Giebelwänden 

(Thermoglas, Doppelverglasung, Stegdoppel- oder –mehrfachplatte 

aus Kunststoff) 

• Wärmegedämmte Sockel bzw. Sockelplatten 

• Energiesparende Heizungssysteme im Gewächshaus 

(Untertischheizung, Vegetationsheizung u.a.) 

• Rechnergestützte Klimasteuerung im Gewächshaus unter Nutzung 

moderner Regelstrategien 

• Einsatz von öl- und gasbefeuerten Kesselanlagen unter Beachtung 

der Niedertemperatur- und Brennwerttechnik 


4. Maßnahmen zur rationellen 

Energienutzung im 

Gewächshaus 


Technische Maßnahmen zur rationellen 

Energienutzung im Gewächshaus 

• Senkung Transmissions- und Lüftungswärmeverlust 

• Gewächshausgeometrie 

• Vermeidung von Kältebrücken 

• Heizungssysteme 

• Wärmeerzeugung 


Eigenschaften von 

Eindeckungsmaterialien für Gewächshäuser 

Material Materialstärke 

(mm) 


Lichtdurchlässigkeit 

(%) 

u – Wert 

(W/m² k) 

Einfachglas 4 88 – 92 5,6 

Isolierglas 16 (4/8/4) 84 – 85 3,3 

PC – SDP 10 79 – 81 3,1 

PC - SDP 16 76 – 78 3,0

Vergleich der Wärmeanschlussleistung eines Gewächshauses mit 

unterschiedlichen Eindeckungen und Nutzung eines Energieschirms 

Eindeckung Wärmeanschlußleistung 

Einfachglas im Dach und in Steh- und 

Giebelwänden, kein Energieschirm 

Einfachglas im Dach und in Steh- und 

Giebelwänden sowie Energieschirm 

Einfachglas im Dach, Isolierglas in Steh- und 

Giebelwänden, kein Energieschirm 

Einfachglas im Dach, Isolierglas in Steh- und 

Giebelwänden sowie Energieschirm 


kW % 

884 100 

642 72 

796 89 

599 68

Anforderungen an 

Heizungssysteme im Gewächshaus 

• Geringer Wärmeverbrauch bei Erfüllung der pflanzenbaulichen 

Anforderungen. 

• Gleichmäßige Temperaturverteilung in vertikaler und horizontaler 

Richtung. In vertikaler Ebene sollte aber die Temperatur im Pflanzenbestand 

höher sein als im Dachraum. 

• Gute Regelbarkeit des Heizungssystems, um auf wechselnde 

Anforderungen und Bedingungen schnell reagieren zu können. 

(nach v. Zabeltitz, 1986) 


Grundbedingungen bei der Planung von 

Heizungssystemen 

• Gleichmäßig verteilte Wärmezufuhr im Pflanzenbestand. Die Anordnung 

der Heizflächen richtet sich nach der Höhe und Dichte des 

Pflanzenbestandes. 

• Verhinderung einer zu starken Wärmeabstrahlung an des Gewächshausdach. 

• Verhinderung von Kaltlufteinfällen an Steh- und Giebelwänden in 

den Pflanzenbestand. 



Pflanzenbaulich – technologische Maßnahmen zur 

rationellen Energienutzung im Gewächshaus 

• Temperaturregelstrategien. 

• Vorausschauende Kulturplanung 

(Flächenbelegung, Kulturzeiträume, Sortimente u.a.). 

• Zusatzbelichtung / Wärmeeintrag. 

• CO2 – Düngung über Abgase / Wärmespeicherung 

• Erhöhung Kulturflächenanteil 



Temperaturregelstrategien 

Strategie Strategieinhalt 

Konventionell mit 

Nachtabsenkung 

Warm-Evening 

(Warmer Abend) 

Tags Lüftungstemperatur 2°bis 7°C 

über der Heizungstemperatur, 

Nachts Absenkung der Heiztemperatur 

um 2°bis 4°C. 

Am Abend Anhebung der Lüftungstemperatur 

um 2 – 5°C zur Speicherung 

der Strahlungsenergie 

Diff Höhere Nachttemperatur als Tagestemperatur, 

bei bestimmter Temperatursumme 

Drop 

(Cool Morning) 

(nach Wilhelm, 2000) 

Statische Strategien 

(feste Vorgaben) 

Ab Sonnenaufgang 2 h drastische 

Temperaturabsenkung 


Energieeinsparung 

Standard 

Positiv 

Negativ 

positiv


Dynamische Strategien 

(an veränderliche, aktuelle Größen angepasst) 


Lichtabhängige 

Temperaturführung 

Windgeschwindigkeitsabhängige 


Niederschlagsabhängige 


Luftfeuchtigkeits- 

Regelung 


Anpassung der Heiztemperatur an die 

Einstrahlung. 



Positiv 

Absenkung der Heiztemperatur bei Wind. Positiv 

Absenkung der Heiztemperatur bei Regen. Positiv 

Absenkung der Lüftungstemperatur, Anhebung 

der Heiztemperatur, Ventilatoreinsatz 

zur Entfeuchtung (Taupunktregelung) 

Anhebung der Lüftungstemperatur, Absenkung 

der Heiztemperatur, Luftbefeuchtung 

Negativ 

Positiv


Integrationsstrategien 

(aus Klimaverläufen resultierende Vorgaben) 


Temperatursumme Zeitweise Absenkung der Heiztemperatur 

wird durch Anhebung der Heiztemperatur zu 

anderer Zeit ausgeglichen (konstante 

Temperatursumme) 

Lichtsumme Einstellung der Zusatzbelichtung, der Heiztemperatur, 

der Wassergabe, der 

Nährlösungskonzentration nach der 

Lichtsumme. 




Positiv 

Positiv

Vergleich wöchentliche Wärmeverbräuche in kWh 

im Gewächshaus mit und ohne Assimilationsbelichtung 

Kurzbeschreibung Modellgewächshaus 

• Gewächshaus in Venlobauweise 

Stehwandlänge: 100,00 m 

Giebelwandlänge: 51,18 m 

Stehwandhöhe: 4,50 m 

• Gewächshauseindeckung 

Im Dachbereich: 4 mm Einfachververglasung 

Im Stehwandund 

Giebel: 16 mm Isolierverglasung 

Wärmedämmschirm: einlagig, stark aluminisiert, gut dichtend 




Kurzbeschreibung Kulturführung 

• Mögliche Assimilationsbelichtung (5000 Lux) 

- Zusatzbelichtung von KW 48 bis KW 8 und KW 15 bis KW 25 

- Jeweils von 0 bis 16 Uhr 

• Temperaturführung im Gewächshaus 

KW 1 – 8: 20°C / 18°C / 25°C (Tag / Nacht / Lüftung) 









Vergleich der Wärmeenergieverbräuche mit und ohne Assimilationsbelichtung 

Notwendige Wärmebereitstellung 

bei zusätzlicher Assimilationsbelichtung: 1.266,68 kW 

ohne zusätzliche Assimilationsbelichtung: 1.326,04 kW 

Differenz: 59,36 kW 

Wärmeverbräuche für ein Referenzjahr 

bei zusätzlicher Assimilationsbelichtung: 1.573.705 kWh 

ohne zusätzliche Assimilationsbelichtung: 1.823.930 kWh 

Differenz: 250.225 kWh 

Elektroenergieverbräuche für E.-Bereitstellung und E.-Ausbringung 

bei zusätzlicher Assimilationsbelichtung: 31.474 kWh Strom 

ohne zusätzliche Assimilationsbelichtung: 36.478 kWh Strom 

Differenz: 5.004 kWh Strom 

Elektroenergieverbrauch durch Assimilationsbelichtung 

zusätzlicher Energiebedarf 345.977 kWh 


kWh 

120000 

100000 

80000 

60000 

40000 

20000 

0 

1 

3 



5 

Kalenderwochen 

7 

9 

11 

13 

15 

17 

19 

21 

23 

25 

27 

29 

Mit Assimilationsbelichtung Ohne Assimilationsbelichtung 


31 

33 

35 

37 

39 

41 

43 

45 

47 

49 

51

Energieeinsparung durch Einflußnahme 

auf natürliche Standortfaktoren 

• Geländegestaltung (Kaltluftsammlung in Senken). 

• Reduzierung der Windgeschwindigkeit. 


Alternativen in der Wärmeenergieversorgung 

von Gewächshäusern 

• Solarenergie (Solarthermie, Photovoltaik, Gewächshaus als 

Sonnenenkollektor). 

• Geothermie 

• Windenergie 

• Biomasse (feste, gasförmige und flüssige Biomassebrennstoffe) 

• Niedertemperaturwärme 

• Kraft – Wärme – Kopplung 


Forderungen an alternative 

Energiequellen 

• Energie muß speicherbar sein 

(Tages- und Jahresgänge des Wärmebedarfs). 

• Energie muß umweltfreundlich sein. 

• Alternative Energien müsssen den herkömmlichen wirtschaftlich 

überlegen sein. 


Vielen Dank 

für Ihre 

Aufmerksamkeit !

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