Undersökning med LED-belysning för växter Undersökning av möjligheten att kontrollera metabolismen mha. LED...

Transkript

1

2 S i d a 1 Innehållsförteckning Förord Inledning Växthusets energibalans och värmeförsörjning Energiflöden i växthus Värmegenomgångsberäkning Beräkning av anläggningens toppeffektbehov Dimensionering av anläggning för biobränslen Ackumulatortank Värmeinstallationer U-värdet Växternas tillväxtfaktorer Ljus som tillväxtfaktor Till vad behöver växten ljus? Temperaturen som tillväxtfaktor Vatten som tillväxtfaktor Växternas vattenupptag och transpiration Dagg Ljusets inverkan på plantor Konstbelysning Belysning och pollinerande insekter LED-belysning Undersökningar Undersökning med LED-belysning för växter Undersökning av möjligheten att kontrollera metabolismen mha. LED Koldioxid som tillväxtfaktor Koldioxidens roll i fotosyntesen Koldioxidkoncentrationer Koldioxidbehov för tomat Koldioxidbehov för gurka Koldioxidbehovet för paprika Koldioxidbehov vid ört- och sallatsodling Strålning och belysning Allmänt om elektromagnetisk strålning Solstrålning Ljus... 37

3 S i d a PAR-strålning Spektra från olika ljuskällor Strålningsenheter Ljuskällor Natriumlampan Lågtrycksnatriumlampa Högtrycksnatriumlampa LED Lysdiodens funktion För- och nackdelar Prisjämförelse HPS- och LED-lampor Växthusbyggnader Växthusens utveckling Växthusmodeller i användning Glasväxthus Fribärande växthus Multispan växthus (blockväxthus) Plastväxthus Liitto- modellen Steelmark plastväxthus REO plastväxthus Multispan växthus i plast (blockväxthus) Täckmaterial Glas Förbättrade egenskaper hos glas Antireflektor Utförande Resultat Diskussion Akrylskiva Polykarbonatskiva Plastfolie Uretan väggelement Servicebyggnad Utrymmen att beakta vid planeringen NIR-filter Teoretisk bakgrund Litteraturundersökningar... 64

4 S i d a Undersökning av 3M:s NIR-filter NIR-reflektion kombinerat med solenergi NIR-filter strategi för milda klimat Placering av NIR-filter Problem Diskussion Växthusgardiner Äldre undersökningar Nyare undersökningar Gardiner i glashus i Nya Zeeland Gardiner i tunnelväxthus i Turkiet Skuggningsnät från Polysack i Israel SLS 10-gardiner av Ludvig Svensson i Frankrike Jämförelse mellan aluminiumgardiner i Italien Gardinöppningsstrategins inverkan på energikonsumtionen Diskussion Ljusföroreningar Effekter på organismer och människor Metoder att minska på ljusföroreningarna inom växthusodlingen Koldioxidgödsling Bakgrund Nuvarande teknik för koldioxidgödsling Ren CO Förbränning av kolväten Centralt producerad CO Trä som källa till koldioxid i växthus Koldioxidgödsling i växthus Metoder för koldioxidanrikning Växthusluftföroreningar som uppstår i samband med användandet av fossila bränslen för att höja koldioxidhalten Kväveoxiders inverkan på växthusgrödor Erfarenheter vid höjning av koldioxidhalten med hjälp av träbaserade bränslen Gengas för koldioxidgödsling Nya lösningar Kompostering av halm Koldioxidseparering Koldioxidlagring Flamlös förbränning Växthusautomation... 94

5 S i d a Inledning Växthusautomation i Österbotten Uppvärmningstemperatur Ventilationstemperatur Lucköppning Värmerörsstrategi Koldioxid Vindskydd Värmeförluster Vindskyddens utformning Vindskyddens placering Övriga fördelar Värmeproduktion Olja eller biobränslen? Förplanering Planeringsprocess Bestämning av anläggningens toppeffekt och panneffekt Energiförbrukning Bränslealternativ Lönsamhetsutredning Investeringens lönsamhet (uppföljning av verkligt projekt) Teknisk planering Byggnader Exempel på biovärmecentraler Elproduktion Småskalig kraftvärmeproduktion med flis som bränsle Energiproduktionen i egen regi? Värme idag, värme och el i morgon? Kraftvärmeproduktion med traditionella bränslen Behov av el- och värmeeffekt på växthusföretag Installationseffekt och areal Förhållandet mellan värme, el och ljus Variationer i effektbehovet: Exempel Varierande effektbehov ställer krav på energiproduktionen Producera en del själv, köp resten Produktion av kraftvärme Storskalig kraftvärmeproduktion Småskaliga ångturbiner

6 S i d a ORC-anläggningar Sterlingteknik Funktionsprincip Små sterlingmotorer Langballigs närvärmeanläggning i Tyskland Mikroturbin för luft Termisk förgasning i kombination med intern förbränningsmotor Förgasningsteknikens historia Hur en medströmsförgasningsanläggning fungerar Spanner re 2 gengaskraftverk Kuntschar Energieerzeugung Finska förgasningsföretag: Volter och Gasek Lönar sig småskalig kraftvärmeproduktion? Sammanfattning och framtidsutsikter Vindkraft Projektering av vindkraftverk Inventering Förstudie Projektering Ägandeform Diskussion Allmänt om lagar och förordningar gällande växthusodling Byggbestämmelser för växthus Jord- och skogsbruksministeriets förordning om stöd för växthusproduktion (2011) Ventilation Uppvärmning Belysning Stöd för investering i värmecentral Energiplan och -kartläggning för växthus Inledning Egenkontroll Energiplan Energikartläggning Källförteckning

7 S i d a 6 Bilaga 1: Nelikon Oy.... Bilaga 2: Minimering av kostnaderna i samband med elinköp.... Bilaga 3: Lågenerginätverk som värmekälla för växthusodling.... Bilaga 4: Vindkraft för växthusodlare.... Bilaga 5: Minimering av kostnader genom investering av LED-växthusbelysning....

8 S i d a 7 Förord Denna forskningsrapport har utarbetats inom projektet Energieffektiva växthus Rapporten är ett resultat av flera samarbetspartners projektarbeten. Utöver denna rapport har även andra växthusnäringsrelaterade forskningsrapporter publicerats inom projektet. Dessa är fristående från den här rapporten. Aktörer som verkat i projektet har varit Oy Merinova Ab, Yrkeshögskolan Novia, Svenska lantbrukssällskapens förbund samt Martens trädgårdsstiftelse. Utöver dessa har även en köptjänst utförts av Oy Nelikon Ab, rapporten finns för påseende i Bilaga 1 i slutet av den här rapporten. Oy Merinova Ab har fungerat som projektets koordinator med utvecklingsingenjör Kaj Sandberg som projektchef. Övriga aktörer har utfört projektarbeten. Projektet Energieffektiva växthus 2015 har finansierats av Programmet för utveckling av landsbygden i Fastlandsfinland , Europeiska jordbruksfonden för landsbygdsutveckling. Finansieringen beviljades av Österbottens och Södra Österbottens ELY-centraler. Deras andelar har beräknats enligt antalet trädgårdsföretag i respektive områden. Enligt Trädgårdsföretagregister år 2008 var antalet trädgårdsföretag i Österbotten 439 och i Sydösterbotten 51. Enligt detta finansierar Österbottens ELY-central 90 % av stödet och Södra Österbottens ELY-central 10 %. Projektet har förverkligats under tiden Författarnas namn finns angivna i rapporten, varje författare ansvarar för sitt eget innehåll i rapporten. De eller utgivaren kan dock inte ställas till ansvar för läsarens tolkning och användning av informationen i rapporten som finns i text, tabell, graf och bild. Författarna

9 S i d a 8 Daniel Sjöholm 1 Inledning Växthusnäringen i Finland är idag energiintensiv och oljeberoende. Det största överhängande problemet är de stigande energikostnaderna (se Figur 1-1 och Figur 1-2) som i kombination med låga produktpriser hotar lönsamheten för odlarna och därmed branschens framtid. För att växthusföretagarna i Österbotten och Södra Österbotten skall kunna möta konkurrensen från övriga regioner i Finland men också en alltmer hårdnande konkurrens från sydligare länder med gynnsammare klimat och mindre energiberoende behövs kostnads- och energieffektivare lösningar. Intresset för alternativa energikällor samt olika sätt att minska på energiförbrukning ökar hela tiden, allteftersom kostnaderna stiger. (Syd-Österbotten (FNB), 2008) (Vasabladet, 2010) Figur 1-1. Pris på elektricitet enligt konsumentpris 1994, c/kwh. (Työ- ja elinkeinoministeriö, 2012)

10 S i d a 9 Figur 1-2. Konsumentpriser på de viktigaste oljeprodukterna 1995, c/l. (Työ- ja elinkeinoministeriö, 2012) De övergripande målen i projektet Energieffektiva växthus 2015 var att definiera och demonstrera effektivare energiförsörjningskoncept för främst växthusföretagare i Österbotten och Södra Österbotten. Målen var att: minska energikostnader per m 2 med 35 % jämfört med nuvarande modeller öka användningen av förnybar energi till över 80 % inom uppvärmningen återbetalningstiden för tilläggsinvesteringar får vara högst fem år. Ett delmoment i projektet var att utföra en kartläggning av energi- och kostnadseffektiva lösningar för växthusbranschen. I kartläggningen har både nya och befintliga lösningar inom växthusbranschen analyseras och utvärderas. Även tänkbara lösningar från andra branscher, vilka kunde tillämpas i växthus har undersökts. Genom kartläggningen har också information om energi- och kostnadseffektiva lösningar för bl.a. följande växthusrelaterade områden undersökts: automations- och styrningsteknik, isoleringsmaterial, belysning, täckmaterial, förhängen och vindskydd samt energiproduktion. Resultatet av kartläggningen presenteras bl.a. i den här rapporten. De lösningar som har ansetts överensstämma med projektmålen till någon del och kan tänkas intressera växthusodlarna har valts ut för noggrannare analysering och utvärdering. Varje utvald lösning presenteras i en skild fristående rapport, Bilagorna 2 5. Den här rapporten skall betraktas som en grundläggande bakgrundsrapport till de enskilda lösningsrapporterna.

11 S i d a 10 Ingmar Bäckström 2 Växthusets energibalans och värmeförsörjning 2.1 Energiflöden i växthus I ett växthus strävar man till att uppnå en energibalans mellan olika energiflöden för att uppnå önskade förhållanden inne i växthuset vid varierande kriterier på omgivningen. Energiflöden i ett växthus kan förenklat beskrivas med nedanstående bild. Figur 2-1. In- och utflöden av energi. Tu Ti Ql Qk Qv Utetemperatur. Innetemperatur. (Beror bl.a. av odlingskulturens temperaturbehov, växthuskonstruktioner, fuktighet, energiinstrålning m.m.) Läckage genom otätheter i konstruktionerna. Värmegenomgång genom täckmaterial. Denna är beroende av täckmaterialets beskaffenhet (enkel- eller flerskiktmaterial samt gardiner). Värmegenomgången påverkas även i stor utsträckning av förhållandena vid ytorna såsom fukt och vind. Generellt kan sägas att flerskiktmaterial påverkas mindre av dessa faktorer än enkelskiktmaterial. Energiavgång via ventilationsluckor. För avledande av överskottsvärme vid hög energiinstrålning, men avsevärda energimängder avgår även i samband luftfuktighetsreglering, när fuktig luft bortförs och ersätts med kallare uteluft som har lägre vatteninnehåll och som i sin tur kräver uppvärmning. Generellt kan man säga att tätare hus med bättre isolerande täckmaterial höjer behovet av ventilation.

12 S i d a 11 Qm Qs Qt Energiflöde till mark och odlingsunderlag. Energiflöde i form av strålning utifrån. Tillfört energiflöde från uppvärmningssystem. Energibalans i växthuset uppnås när summan av tillförd energi och bortförd energi är lika stor. 2.2 Värmegenomgångsberäkning För att kunna beräkna värmegenomgången genom ett material bör man känna till följande faktorer: A Ytans storlek [m²] U Materialets värmemotståndstal [W/(m 2o C)] T1 och T2 Temperaturer på bägge sidor Q Värmegenomgång [W] Den totala värmegenomgången kan därefter beräknas enligt formeln: Q = A x U x (T1-T2) Figur 2-2. Värmegenomgången genom ett material. Om man vill beräkna det maximala effektbehovet i ett växthus räknar man genomgången separat för alla ytor med olika beskaffenhet. I praktiken räcker det med att använda en låg utetemperatur T2 på -20 o C, eftersom U-värdet normalt förbättras vid låga temperaturer. T1-värdet bestäms för respektive odlingskultur. I normala fall utgår man från + 20 o C. 2.3 Beräkning av anläggningens toppeffektbehov Trots att olika växthus ser likadana ut kan det förekomma uppenbara variationer i både toppeffektbehov och energiförbrukning. Orsaker härtill kan bl.a. bero på: - byggnadsplatsens läge och husens orientering (vindskyddad, ljusförhållande) - täckytornas art och beskaffenhet (ett- eller flerskiktmaterial, ytbehandlingar)

13 S i d a 12 - monteringskvalitet (läckagen) - odlingstemperaturer och styrningsprinciper - behovet av fuktavledning (värme + ventilation). Eftersom alla dessa faktorer är svåra att förutse kan en närmevärdesberäkning av toppeffektbehovet enligt nedanstående modell anses vara tillräckligt noggrann. P = A x U x (Ti Tu) Där: P Beräknad toppeffekt [kw] A Växthusets areal [m²] U Värmegenomgångsvärde omvandlat till växthusets bottenyta [W/m²/ C] (Ti Tu) Max. temperaturskillnad ute - inne [ C], används max. 40 C U värden för olika växthustyper: Glasväxthus med glas i ståndsidor Glasväxthus med plexiglas i ståndsidor Blockväxthus med glas i ståndsidor Blockväxthus med plexiglas i ståndsidor Växthus med dubbel plastfolie Plexiglasväxthus W/m²/ C W/m²/ C W/m²/ C 9 10 W/m²/ C 6 6,5 W/m²/ C 5,4 6 W/m²/ C Högre värden används för smalare växthus (12 16 m) och lägre värden för bredare hus (>20 m). En oljepanna som även skall klara av att täcka toppeffekter som uppstår vid snabba temperaturvariationer överdimensioneras lämpligen med ca 20 %. 2.4 Dimensionering av anläggning för biobränslen Vid uppvärmning med inhemska bränslen är det däremot lämpligt att dimensionera anläggningen i underkant. Funktionen hos dessa anläggningar är bäst vid större effektuttag. En överdimensionerad effekt resulterar enbart i att anläggningen körs på låg effekt under större delen av säsongen. Om man ser på energiförbrukningen så utgör förbrukningen vid toppeffekt endast en liten del av totala förbrukningen. Figur 2-3 visar fördelningen av effektbehovet i en växthusanläggning per drifttid. Den tid då vi behöver stort effektuttag är mycket kort. Man ser även att en panna som dimensioneras till 60 % av toppeffektbehovet klarar av ca 90 % av totala energibehovet. Om pannan dimensioneras till 50 % klarar den av ca 80 % av det årliga behovet. Därför kan man anse att en anläggnings dimensionering ska motsvara % av toppeffektbehovet. Effekttopparna täcks med befintlig oljeanläggning. Det har visat sig att

14 om bränslets kvalitet är hög kan man även få ut en större effekt än vad som anges för anläggningen. S i d a 13 Figur 2-3. Varaktighetskurva för effektbehovet. Normalt anger tillverkaren av anläggningen vid vilken kvalitet på bränslet som man får ut angiven effekt ur pannan (enligt CEN/TC 335). Ex: flis, P16, M30. Kriterierna är då: flisbränsle, storleken max 16 mm (för minst 80 % av vikten) samt fukthalten 30 %. Om fuktigheten är högre betyder det att förbränningsluften måste ökas för att få ut effekt, varvid rökgastemperaturen stiger och verkningsgraden sjunker. Figur 2-4 nedanför visar rökgastemperaturen vid nominell effekt för olika fukthalter på flis (enligt Termia) och det är då klart att ett fuktigt bränsle också ger låg verkningsgrad. Strävan bör vara att bränslet skall ha en fukthalt på max %.

15 S i d a 14 Figur 2-4. Flisfukthaltens inverkan på effektuttag. I de fall som man använt rå flis i anläggningen har avgiven effekt minskat med upp till 50 % av den nominella effekten, vilket betyder att oljans andel i uppvärmningen blivit oönskat hög. Om man vet att fuktigt bränsle kommer att användas kan man lämpligen överdimensionera pannan i förhållande till förbränningssystemets storlek, för att få ut effekt vid rimliga rökgastemperaturer och därmed förbättra verkningsgraden något Ackumulatortank Värmeenergi kan lagras i en isolerad vattentank från perioder med överkapacitet på pannan till perioder när toppeffekt behövs. Det är då närmast fråga om att man lagrar energi dagtid med överskottskapacitet till natten med högt effektbehov. Långtidslagring är inte realistiskt. I en traditionell odling kan man ifrågasätta nyttan av en lagringstank i förhållande till dess kostnad. Om effekten dimensioneras till 60 % av toppeffekten betyder detta att endast 10 % av energibehovet behöver täckas av ex. olja. En ackumulatortank minskar detta behov något, men under en längre köldperiod behövs hela kapaciteten för uppvärmning och vi har ingen extra kapacitet att ladda tanken med, vilket i sin tur betyder att oljan trots allt skall täcka en del av topparna. Vid en belysningskultur däremot, där belysning ger en stor del av det erforderliga energibehovet under ca 16 timmar per dygn, har vi överskottskapacitet i pannanläggningen. Då har vi också kapacitet att lagra energi för nattens behov när belysningen är bortkopplad. I praktiken kan man här till och med minska anläggningens effekt och ändå få god täckningsgrad med alternativa bränslen. Vid dimensionering av ackumulatortankens storlek kan man utgå från att vattnets lagringskapacitet är: 1,163 kwh/ C/m 3. Om vi exempelvis har en vattentank med volymen

16 50 m 3 som skall värmas från 50 C till 80 C (= 30 C), så behövs en energimängd motsvarande: 1,163 kwh/ C/m 3 x 50 m 3 x 30 C = 1745 kwh. För att ladda denna mängd under ex. en tidsperiod på 15 h behövs en extra laddningskapacitet på: 1745 kwh/15 h = 116 kw. S i d a 15 Om vi under natten behöver tilläggskapacitet under 8 h har vi tillgång till en tilläggseffekt motsvarande: 1745 kwh/8 h = 218 kw, om vi sänker tankens temperatur med 30 C. 2.5 Värmeinstallationer Installationstekniskt delar man in värmerörsystem i två grupper: huvudcirkulation och växthusinstallationer. Med huvudcirkulation avser man de rörinstallationer som finns i anslutning till pannor och matningar fram till växthusen och har till uppgift att styra och transportera värme som produceras av pannor till växthusen. Figur 2-5. Exempel på ett huvudcirkulationsschema. Figurförklaring: 1. Pump för panncirkulation, förhindrar att returvattnets temperatur blir för låg. 2. Pump för transport av värme från pannan. Integrerad frekvensstyrning. 3. Huvudpump får värmetransport fram till växthusen. Integrerad frekvensstyrning. 4. Automatisk 3-vägsventil som kopplar in topp-/reservvärme från alternativ värmeproduktion. Med växthusinstallationer avser man de rörinstallationer som finns inne i växthuset och har till uppgift att tillföra växthuset värme och styra temperaturen enligt önskade funktionsprinciper. Inne i växthuset kan man i sin tur skilja på matningssystem och värmerörsystem. Matningssystemets uppgift är att dela ut värme av lämplig temperatur till olika värmerörsystem. Varje värmegrupp har egen styrning av temperatur medelst en automatisk 3-vägsventil som ombesörjer önskad temperatur, samt en cirkulationspump som sköter transporten av värmen. Värmerörens uppgift är att fördela värmen så jämnt som

17 S i d a 16 möjligt och avge värme till önskade ställen i växthuset. Som värmeavgivande rör används tunnväggiga stålrör, vanligtvis Ø 51 mm, med en väggtjocklek av 1,5 2 mm. I större växthus delar man oftast upp de olika rörsystemen i flera parallellgrupper för att uppnå jämnast möjliga temperaturförhållanden i växthuset för att jämna upp förhållanden förorsakade av yttre faktorer, främst vindriktning. Tabell 2-1. Värmeavgivning från målade stålrör Temp. skillnad Yttre rördiameter/ømm Vatten - Luft o C Värmeavgivning W/mxh OBS. Blanka rör ss. rostfria, zinkade och aluminium har sämre avgivning än omålade. Rent generellt kan sägas att merparten av värmetillförseln bör ske nere i marknivå för att erhålla effektivast möjliga utnyttjande av värmen. Värmerör i tak och sidor har som uppgift att motverka kalldrag från dessa och fungerar normalt med lägre temperatur. Vid odling på marken installerar man vanligtvis ett separat värmesystem med plastslang direkt under odlingsbädden för att hålla temperaturen i odlingsunderlaget på en önskad nivå. För att snabbt kunna smälta anhopad snö mellan blocken i moderna växthus placeras en rörslinga under varje vattenränna som träder i funktion vid ymnigt snöfall. Ofta installerar man även en separat slinga nertill mellan plantraderna för upptorkning av stillastående fuktig luft.

18 S i d a 17 Figur 2-6. Exempel på en växthusinstallation. Figurförklaring: 1. Cirkulationspumpar 2. Automatiska 3-vägsventiler 3. Cirkulationsförbigång (stryp + backventil) R1a,b.. Nedre rörsystem vid mark R2a,b.. Rörsystem i sidor/tak R3a,b.. Rörsystem i mellan plantrader R4a,b.. Snösmältningssystem Osv. Figur 2-7. En genomskärningsskiss av ett växthus som visar två alternativa växthusinstallationer.

19 S i d a 18 Michael Söderlund 2.6 U-värdet Värmetransport från ett medium till ett annat sker alltid från det varmare till det kallare. När värmen passerar från ett medium till ett annat, som t.ex. när värme i luft överförs till en glasskiva, pratar man om konvektion. Den drivande faktorn i värmekonvektionen är temperaturskillnaden mellan medierna, men beror också på ytfenomen som luftrörelserna nära växthusväggen. Detta innebär att för ett växthus är förlusterna som störst vid blåsigt väder. När värmen rör sig genom ett medium som t.ex. en glasskiva talar man om värmeledning. Olika material har olika värmeledningsförmåga och material med låg värmeledningsförmåga innehåller ofta mycket innesluten luft. En tjockare vägg av ett givet material har alltid lägre värmeledningsförmåga. En väggs förmåga att leda värme beskrivs av värmegenomgångskoefficienten eller U- värdet. Enheten för U-värdet är W/(m 2 C) och beskriver konvektionens och värmeledningens sammansatta förmåga för värmeöverföring per kvadratmeter och grad [ C] i temperaturskillnad. U-värdet kan lösas ut ur Ekvation 1. Figur 2-8 visualiserar U- värdet för en vägg. Ekvation 1 Q värmegenomgången [W] U värmegenomgångskoefficienten [W/(m 2 C)] A total värmeöverföringsarea [m 2 ] T I inre temperatur [ C] yttre temperatur [ C] T U Figur 2-8. Värmegenomgången genom ett material. (Möller Nielsen, 2008)

20 S i d a 19 Sanna-Sofia Skog 3 Växternas tillväxtfaktorer Växtens förmåga att växa beror av flertalet s.k. tillväxtfaktorer. Tillväxtfaktorer är yttre omständigheter och ämnen som är nödvändiga för växtens tillväxt och utveckling. Ljus, värme, vatten, luft och koldioxid är alla tillväxtfaktorer, samt näringsämnen såsom kväve, kalium, fosfor, kalcium m.fl. För en optimal tillväxt krävs det att tillväxtfaktorerna finns i tillräcklig mängd och att balansen mellan dem är i rätt proportion. I växthus försöker man styra tillväxtfaktorerna för att nå en optimal tillväxt. I denna rapport kommer tillväxtfaktorerna ljus, vatten, temperatur och koldioxid att behandlas. 3.1 Ljus som tillväxtfaktor Ljus av våglängder mellan 300 och 1000 nm inverkar på växternas vitala funktioner. För växterna är färgerna blå och röd användbara. Strålning som är användbar vid växternas fotosyntes kallas för PAR-strålning (Photosynthetically Active Radiation) och har våglängden nm. Den utgör % av den instrålande solenergin. (Koivunen, 2003) Strålningens mängd och kvalité mäts på många olika sätt. Totalstrålningen och effekten mäts radiometriskt med en solarmätare. Eftersom solstrålningen kan ändras mycket under en kort tid är det mer relevant att prata om energi under en viss tid i stället för momentaneffekt. Energi = effekt tid. I praktiken använder man alltså ofta enheten J/m 2 eller W/m 2. Ljuset mäts fotometriskt med en luxmätare. För att mäta mängden PARstrålning använder man en kvantmätare och enheten är mikromol per sekund (µmol/s). Kvantmätaren avger mängden strålning som är användbar för växternas fotosyntes, men mätaren används sällan i praktiken eftersom den är väldigt dyr och väldigt känslig för strålningsförändringar. (Koivunen, 2003) Eftersom det finns många olika sätt att mäta ljus och våglängderna varierar med ljuskällan finns det en egen tabell för omvandlingar, se Tabell 3-1. Med hjälp av den kan man få olika värden jämförbara sinsemellan. (Koivunen, 2003) Tabell 3-1. Omvandlingstabell för olika ljuskällor (Koivunen, 2003) Omvandling Ljuskälla Dagsljus (550 nm) Flermetallampa Högtrycksnatriumlampa Kvicksilverlampa Lysrör Glödlampa W/m 2 (PAR) 4,6 4,6 5,0 4,7 4,6 5,0 mol/m 2 /s (PAR) klx mol/m 2 /s (PAR) klx W/m 2 (PAR) 4,0 3,1 2,8 3,0 2,7 4,0

21 S i d a Till vad behöver växten ljus? Beroende på växtart och växtens utvecklingsskede varierar växtens ljusbehov från skuggigt till fullständig solstrålning. En sommardag är solens effekt ca 1000 W/m 2 i Finland och fotosyntesen behöver W/m 2. Då växtens fotosyntes och andning är på samma nivå sker ingen tillväxt längre. På växtens andning inverkar framförallt temperaturen och därför bör temperaturen vara tillräckligt låg i svagt ljus. (Koivunen, 2003) Ljuset inverkar även på växtens utseende. Väsentligt är förhållandet mellan det röda ( nm) och det långvågiga röda ( nm) ljuset. I dagsljus finns det ungefär lika mycket av bägge. På vintern ökar det långvågiga röda ljuset jämfört med det röda och även på nätterna och djupare in i växtligheten ökar det långvågiga röda ljuset, eftersom bladen högre upp absorberar det röda ljuset. I växterna finns det ett fytokromprotein som känner igen det röda och långvågiga röda ljuset. Proteinet har två former, vars mängd är beroende av mängden rött och långvågiga röda ljus. Båda formerna har sin egen inverkan på växtens tillväxtrytm. Ju mer långvågiga röda ljus det finns desto högre vill växten växa, mot det röda ljuset. Det leder till att det blir glest mellan grenarna och bladen blir små, eftersom växten använder sin energi till att växa på längden. För längdtillväxten har också det blåa ljuset en betydelse. Det blåa ljuset inverkar på stjälkens tillväxt och klyvöppningarna. Det blåa ljusets effekter är mindre kända än det röda ljusets. (Koivunen, 2003) Långvågig infraröd strålning värmer växterna genom att höja på temperaturen på vätskan som finns i växternas celler. Den långvågiga strålningen som kommer från lamporna kan dock höja på temperaturen alltför högt, vilket leder till att tillväxten lider. För stor ljuseffekt förorsakar kloros i växterna och gör bladen gula och får dem att se brända ut. (Koivunen, 2003) 3.2 Temperaturen som tillväxtfaktor Temperaturen i växthus bör regleras för att nå optimal tillväxt. Under vinterhalvåret måste värme tillföras växthuset t.ex. från en fastbränslepanna. Temperaturområdet för växternas tillväxt ligger mellan 7 C och 33 C. Oftast ökar tillväxten med ökande temperatur men bara till en viss gräns. En växt kan reglera sin temperatur genom transpiration dvs. genom att dunsta vattenånga. För att dunsta vattenånga beräknas det gå åt 2500 J per avdunstat gram vatten. (Koivunen, 2003) För att uppnå önskad tillväxt och utveckling hos växter måste man ha en lämplig odlingstemperatur. I växthuset måste odlingstemperaturen vara i relationen till mängden ljus och mängden koldioxid. Det finns olika temperaturkrav för t.ex. dag, natt, rötter och blad. (Koivunen, 2003) Den optimala odlingstemperaturen varierar mellan växtarterna. Den optimala temperaturen är högre vid starkt ljus än vid svagt ljus och om det finns mycket koldioxid kan man odla vid en högre temperatur. Växtens frodighet kan styras med odlingstemperaturen. Genom att t.ex. sänka temperaturen får man en starkare tillväxt i tomatens krona. Om man däremot

22 höjer på temperaturen blir kronan tunn. Unga växter har ofta några grader högre optimaltemperatur än äldre växter. (Koivunen, 2003) S i d a 21 Rötternas temperatur inverkar på växtens vatten- och näringsupptagning, samt på utvecklingshastigheten. Man försöker ofta ha samma temperatur vid rötterna som i luften, men för att öka på rötternas aktivitet brukar man lyfta temperaturen några grader. En hög temperatur försvagar vattnets förmåga att innehålla syre och därtill ökar det på växtens andning, vilket leder till att växten förbrukar mera syre. (Koivunen, 2003) Dygnets medeltemperatur påverkar växtens utvecklingshastighet. Ett dygns medeltemperatur bestäms i praktiken genom att mäta temperaturen tillräckligt många gånger, t.ex. 240 gånger per dygn. (Koivunen, 2003) 3.3 Vatten som tillväxtfaktor Växter behöver vatten för sin ämnesomsättning och till sin tillväxt. Växterna består till största del av vatten. Skörden som säljs vidare får inte lida av vattenbrist, t.ex. tomaterna måste ha god vattenspänning även då de når kunden. Växthusväxternas vattenbehov kan vara flera liter per bruttokvadratmeter per dag. Vatten är ett utmärkt lösningsmedel, vilket är en viktig egenskap för transport av näring både i jorden och i växten. (Koivunen, 2003) Kohesion håller vattnets molekyler tillsammans. Med hjälp av kohesion kan vattnet stiga som en pelare i växterna från rötterna ända upp till växtens krona. Vattnet ger dessutom växten hållning och flexibilitet. (Koivunen, 2003) Växternas vattenupptag och transpiration Växten tar upp vattnet med sina rötter. Vattnet kommer in i växten genom små strån på rötterna. Dessa strån har en väldigt kort livstid och därför måste rötterna ständigt växa. En del av vattnet kommer till växten genom osmos, vilket innebär att vattenmolekylerna rör sig genom ett halvgenomsläppligt membran. Vattnet rör sig från sidan med högre koncentration till sidan med lägre koncentration och försöker på så vis jämna ut obalansen. Det rena vattnets osmotiska potential är bestämt till noll. Den osmotiska potentialens enhet är bar. Om lösningen innehåller salter är dess osmotiska potential negativ. Vätskan i växternas celler har högre koncentration än vattnet i jorden och därför förflyttar sig vattnet från jorden till växten. Den osmotiska potentialen för t.ex. gurka är ca -4,5 bar och för tomat ca -6 bar. Om vattnet innehåller för mycket lösta ämnen, t.ex. på grund av extrem torka eller för mycket gödsel blir koncentrationen högre i jorden och växten kan inte ta upp vattnet från jorden. (Koivunen, 2003) När växternas celler fylls med vatten blir de mättade. När växten transpirerar vatten sjunker koncentrationen i cellerna och nytt vatten kan tas upp igen. Det transpireras mera vatten från växten än vad växten behöver för att transportera ämnen och för sin ämnesomsättning. Transpirationen är beroende av tryckskillnader i vattenångan hos växten och den omgivande luften. (Koivunen, 2003)

23 S i d a 22 Klyvöppningarna hittas oftast på bladens undersida. Det finns st. klyvöppningar per mm 2, men trots detta är de bara några få procent av bladets totala yta. Växten transpirerar det vatten den tagit upp ur marken främst genom klyvöppningarna. Minst 90 % av vattnet transpireras bort genom klyvöppningarna. När vattnet transpirerar är klyvöppningarna öppna och på samma gång slipper gaser från luften in till växten. För att nå en effektiv fotosyntes är det viktigt att bladens temperatur är lämplig, eftersom växten inte kan ta upp koldioxid ur luften om klyvöppningarna är stängda. Även luftfuktigheten inverkar på växtens transpiration. Om luften är för torr transpirerar det mera vatten än vad växten kan ta upp, vilket leder till att klyvöppningarna stängs. Vid för hög luftfuktighet försvåras däremot transpirationen och klyvöppningarna stängs när luften blir mättad med vattenånga. (Koivunen, 2003) Ett blad kan t.ex. vara mycket varmare än den omgivande luften och p.g.a. av temperaturskillnaden växer vattenångans tryck i klyvöppningarna och det får växten att transpirera. Transpirationen kyler ned växten. Vid väldigt fuktig luft stängs klyvöppningarna och transpirationen. Stängda klyvöppningar förhindrar koldioxidens transport från luften till bladen och fotosyntesen slutar. Efter solnedgången stängs klyvöppningarna och rötterna tar upp mera vatten än vad växten transpirerar. Det socker som bildats under fotosyntesen förflyttar sig under natten från bladens celler till övriga delar i växten. (Koivunen, 2003) Den relativa luftfuktigheten berättar hur många procent vattenånga det finns i luften av den mängd vattenånga som luften kan innehålla vid en viss temperatur. Då luftfuktigheten är 50 %, innehåller den hälften av den mängd vattenånga som den kan hålla vid den temperaturen. Då luften är mättad med vatten kan den inte längre binda vatten, utan vattnet kondenseras till vattendroppar på växternas ytor. Växtens transpiration är beroende av luftens mättnadsunderskott. (Koivunen, 2003) En otillräcklig transpiration är ofta ett problem i växthusen, speciellt på hösten då utomhusluften är fuktig och dagarna ganska varm. Som tidigare nämnts stängs växtens klyvöppningar i för fuktig luft och då kan den varken ta in koldioxid eller suga upp nya näringsämnen ur jorden. Luftens rörelse har en främjande effekt på växternas transpiration. Ju mer luften rör på sig desto mer torkar luftens rörelse växten. Även belysning och uppvärmning ökar på växtens transpiration, eftersom då man ventilerar kommer värmen åt att röra på sig och den värmer upp växterna. Ju varmare luften är desto bättre kan den binda vattenånga. Luftcirkulationen får inte heller vara alltför våldsam, en lämplig luftcirkulation är då man knappt urskiljer den rörelse som luften orsakar på växterna. (Koivunen, 2003) Dagg Daggpunkten är den temperatur under vilken vattenångan börjar kondenseras. Ju lägre luftfuktighet, desto lägre daggpunkt. I luft med hög relativ fuktighet kondenserar vattnet redan vid en liten sänkning i temperaturen. Om luften inte cirkulerar i växthuset kan

24 S i d a 23 daggpunkten vara olika vid väggarna och inne bland växterna. Dagg på växternas blad är inte önskvärt, eftersom det främjar svampsjukdomars växt på bladen. Främst på kvällen är det risk för att dagg uppstår på bladen, då rummets temperatur sjunker. Även på morgonen sjunker temperaturen lätt under daggpunkten. På morgonen då växternas blad värms snabbare upp och t.ex. tomaterna långsammare, kan det uppstå dagg på tomaternas yta. I fuktig luft bildas det dagg på tomaterna, eftersom det tar en stund innan tomaterna når samma temperatur som omgivningen. Detta kan förorsaka sprickor i tomaternas skal, vilket försämrar tomaternas köpkvalité. (Koivunen, 2003) Carolin Nuortila 3.4 Ljusets inverkan på plantor Den del av solljuset som kan användas av plantorna kallas för fotosyntetisk aktiv strålning (photosynthetically active radiation, PAR) och den anges som photosynthetic photon flux density (PPFD) i μmol m -2 s -1, alltså mängden fotoner per kvadratmeter och sekund. Med hjälp av sina specialiserade vävnader som innehåller bladfärgämnen (bladpigment) tar plantorna emot energin från ljuset, solljuset eller konstgjort ljus, som används i fotosyntesen för att tillverka kolhydrater. Det finns många olika bladpigment som skiljer sig från varandra till sin uppbyggnad och därmed i sin förmåga att ta emot ljus av olika våglängder och de har därför var och en sin unika absorptionskurva. Klorofyll a och b är de mest vanliga och viktigaste pigmenten och de har sina absorptionsmaxima i den röda och den blåa delen av ljusspektret. Ändå absorberar de också ljus av andra våglängder, men mindre effektivt än det blåa och röda ljuset. Bara den energi som tas emot av bladpigment kan användas i ljusreaktionen för att spjälka upp vattenmolekyler i väte och syre. Utöver bladpigment finns det också andra ämnen i plantan som tar emot ljus, de här kallas fotoreseptorer. Sådana är t.ex. fytochrom, ett protein som styr plantans morfologi. För att utvecklas väl behöver plantan en ljusmängd som för gurka ligger på 25 mol m -2 d -1 (eller upp till 300 μmol m -2 s -1 för h/d) och för tomat på mol m -2 d -1 (eller μmol m -2 s -1 för h/d) (Moe, o.a., 2006). Paprika kräver mindre ljusintensitet μmol m -2 s -1 mellan november och februari (Gruda, 2005) Konstbelysning I Nederländerna anses användning av tilläggsljus (supplemental light) i odling av tomat, paprika, gurka och äggplanta/aubergin inte vara lönsamt (Heuvelink, o.a., 2006). På grund av naturljusförhållandena är konstljus en nödvändighet om man vill odla grönsaker eller också krukväxter året runt i Finland. Vid konstgjord belysning i växthus kan lysrör, högtrycksnatriumlampor, metal halid lampor, och lysdioder användas. Den vanliga glödlampan är en dålig ljuskälla för plantor, eftersom den har en elomsättningseffektivitet på bara kring 10 % (Pinho, 2008). Dessutom

25 S i d a 24 är ljuset som glödlampor avger mestadels i de röda våglängderna som ligger i far-red området, ett våglängdområde som är viktig som signal för plantans morfologiska utveckling men av mindre för fotosyntesen. Lysrör används i plantdrivningsskedet och i samband med groning. Den mest vanliga lamptypen i grönsaksodling hittills har varit högtrycksnatriumlampan (high-pressure sodium lamps, HPS, SON-T). Högtrycksnatriumlampor omvandlar en stor del av den energi som de använder till värme i stället för ljus. Dessutom är den relativa spektrala kraften av deras ljusspektrum starkast vid de gröna, gula och orange våglängderna som är mindre betydelsefulla för plantornas fotosyntes. Lampornas ljuskraft minskar och strålningsspektrumet förändras ju längre lamporna varit i användning. Lampor och reflektorer skall rengöras årligen och trots livslängden för lampan har angetts till belysningstimmar, rekommenderas det att lamporna byts ut efter två år. (Tuominen, 2008) Lamporna installeras i taket ovanför plantkulturen. Belysningens styrka i växthuset anges ofta med elförbrukning per kvadratmeter odlingsyta: den s.k. installationseffekten (W/m 2 ) beräknas utgående från antalet lampor och deras energiförbrukning i Watt (W) per areal växthusyta (m 2 ) som de belyser. Detta mått säger dock inget om lampornas strålningsspektrum. Under 1990-talet låg installationseffekter i grönsaksodlingar i Finland vid ca W/m 2 (Taulavuori, o.a., 2003). Under åren har installationseffekten ökats i många växthus, och i finska gurkodlingar använder man nuförtiden ibland över 300 W/m 2. I något enskilt företag används upp till 400 W/m 2 i belyst gurkodling (Gull, 2010). Med hänsyn till användning av konstljus kan de finska gurkodlingarna grovt indelas i tre grupper: traditionella säsongodlingar som odlar utan konstljus, odlingar som använder lägre artificiella ljusstyrkor och ljusodlingar med höga artificiella ljusstyrkor. Traditionella tomatodlingar använder inte heller tilläggsljus. Konstbelysning används i Finland allmänt från september till april, medan den används i Nederländerna t.ex. från första oktober till första april. I finska odlingar använder man konstljus även under övriga månader om vädret är mulet under en längre period. Tomat odlas på vintern i Finland sedan slutet av 1990-talet (Soini, 2005). År 2008 odlade knappt 84 % av de 243 tomatodlarna och 92 % av de 165 gurkodlarna i Österbotten utan belysning (Borg, 2011). Ändå var 27 % av hela tomatarealen och 18 % av hela gurkarealen i Österbotten belyst år Forskningscentralen för jordbruk och livsmedelsekonomi (MTT) undersökte i början av 2000-talet hur skörden påverkades när en del av takbelysningen tagits ned och placerats mellan plantorna. Jämförelsen gjordes så att den totala belysningseffekten var den samma som med enbart taklampor. Denna typ av belysning kallas för mellanbelysning. Anledningen till den här undersökningen var att man hade märkt att också de nedre äldre bladen på stammen hade förmågan att assimilera om de bara fick tillräckligt med ljus (Pukki, o.a., 2002). Med mellanbelysning ökades skörden för gurka (Hovi, o.a., 2004) och för paprika med 20 % (Hellstén, o.a., 2005) (Hovi- Pekkanen, o.a., 2006) och för tomat med 29 % på våren och 7 % på sommaren (Näkkilä, o.a., 2006) jämfört med sedvanlig belysning enbart i taket. Preliminära resultat från MTT för tomatsorten Espero visade en skördeökning med mellanbelysning (Näkkilä, o.a., 2005)

26 S i d a 25 som bekräftades i mellanbelysningsförsök på Island (Gunnlaugsson, o.a., 2006). Ändå upptäckte de isländska forskarna i sitt försök också att tomatsorten Geysir inte reagerade på mellanbelysning. Vid de ovan refererade försöken var de lampor som användes i mellanbelysningen högtrycksnatriumlampor. Den observerade skördeökning berodde på att de äldre bladen fick mera ljus vilket förbättrade deras förmåga att assimilera. Om ljusåtgången inte är tillräcklig stor, så drar de äldre bladen resurser åt sig från de yngre bladen. Det här betyder i sin tur att resurser tas bort från tomatklasar under utveckling. Trots att en skördeökning kunde registreras vid MTT:s försök för alla tre grönsaker gurka, tomat och paprika, verkar nyttan av mellanbelysning i kommersiella odlingar ändå inte vara obestridd. En positiv effekt på gurkskörden konstateras, men mellanbelysningens effekt på tomatskörden i kommersiella odlingar ifrågasätts (Dahlqvist, 2009) Belysning och pollinerande insekter Användning av konstbelysning har visat sig vara problematiskt för pollinerande insekter (dvs. humlor) i växthus (Blacquière, o.a., 2007). Det rapporteras från fältet att humlor under vintertiden har svårt att orientera sig i växthus med högtrycksnatriumlampor, dvs. att de bland annat inte hittar tillbaka till sitt bo i ett belyst växthus. Normalt orienterar humlor med hjälp av solljusets ultravioletta våglängder. Tyvärr är det oklart vad som exakt försämrar humlornas orienteringsförmåga. Odlare och konsulenter berättar också att det kan finnas skillnader i humlornas beteende mellan växthus och år. Odlarna brukar säkerställa pollineringen under vintertiden genom att vibrera tomatblomställningar manuellt (med hjälp av en speciell vibrator) eller genom att förorsaka skakningar på plantorna. Ofta slår man måttfullt på själva plantstammen eller (lite kraftigare) på de horisontellt spända trådarna i vilka plantorna hänger med sina krokar LED-belysning Under senaste tiden har alternativ till högtrycksnatriumlampor diskuterats mycket. Det största intresset anknyter till utveckling av lysdiodernas ljus och deras tillämpningar. Flera tillämpningar av LED (light emitting diodes, ljusdioder) som växtljus finns redan på marknaden. Företag som tillverkar LED-ljus som tilläggsljus för plantor är t.ex. Philips, Lemnis, Valoya Oy, och Netled Oy. LED-ljus har för- och nackdelar jämfört med HPSljus. Största problemet tycks vara att ljuset från LED-lampor inte har samma belysningsstyrka som kan åstadkommas med andra lampor. Själva fenomenet att halvledarmaterie kunde skicka ut ljus när ström flöt genom dem upptäcktes redan på början av 1900-talet av H. J. Round, men först på slutet av 1960-talet tillverkades för första gången LED-lampor kommersiellt (Yeh, o.a., 2009). Forskning kring användning av LED-ljus i växtodling påbörjades i samband med rymdfärden på slutet av 1980-talet. Efter det började LED-ljus undersökas noggrannare med tanke på plantodling. Redan de första forskningsresultaten visade att enbart rött ljus inte var tillräckligt för ett flertal växtarter, och att även blått ljus krävdes för balanserad plantutveckling (Massa, o.a.,

27 S i d a ). I mitten på 1990-talet utvecklades de första effektiva blåa ljusdioderna, och idag finns det ett flertal färger som kan tillverkas (Morrow, 2008). Var och en av de olika ljusdioderna har en speciell våglängd. För tillfället håller man på att utreda vilka våglängder olika plantarter behöver för en balanserad utveckling och produktion. Hittills visar forskningsresultat på att det inte kommer att finnas bara ett belysningsrecept för alla plantarter. I forskning visade det sig att vete kan växa enbart under rött LED-ljus. Om man dessutom tillsatte blått LED-ljus blev plantorna större och producerade mera frön (Goins, o.a., 1997). (Yorio, o.a., 2001) konstaterade att enbart rött LED-ljus inte var tillräckligt för god tillväxt i sallad, spenat och rädisa, och att en andel av 10 % fluorescerande blått ljus förbättrade tillväxten i alla tre plantarter, i sallad även till kontrollnivån när den belystes med coolwhite fluorescent ljus. (Pinho, 2008) drog slutsatsen i sitt försök att LED-ljus kan ha en positiv effekt på salladsodling eftersom det minskade på nitratinnehållet. I Pinhos doktorsavhandling (2008) diskuterades två belysningsförsök med sallad. I båda uppläggen fanns det dagsljus plus tilläggsljus i form av HPS- eller LED-ljus. I försöket som gjordes i januari till februari växte plantorna bättre under LED-ljus än under HPS-ljus, medan det i försöket som genomfördes från februari till mars visade att de plantor som belystes under HPS visade bättre tillväxtrespons för de flesta av parametrarna. Pinho förklarade resultatet med att plantorna i andra försöket fick mera naturligt ljus under HPS-lamporna, eftersom LED-armaturen skuggade plantorna mera än HPS-armaturen. (Stadler, 2011) rapporterade att man kunde sänka energikostnaderna med 25 % vid paprikaodling med LED-mellanbelysning jämfört med HPS-mellanbelysning vid en försöksuppläggning på Island där det ytterligare fanns naturligt ljus och HPS-lampor som takbelysning. Tyvärr var också skörden 20 % lägre med LED-mellanbelysning jämfört med HPS-mellanbelysning och Stadler argumenterade att lägre temperatur med LEDmellanbelysning kunde har varit orsaken till skillnaden. En till fördel med LEDmellanbelysning var att det fanns mindre fall av brännskador på paprikor. Belysningsförsök med enbart LED-ljus för unga gurkplantor har visat att blått ljus behövs för att fotosyntesen skall fungera normalt (Hogewoning, o.a., 2010). (Trouwborst, o.a., 2010) undersökte på fullvuxna gurkplantor LED-mellanbelysning i kombination med HPStakbelysning jämfört med enbart HPS-takbelysning. Mellanbelysningen höjde de fotosyntetiska egenskaperna i de lägre bladen på gurkplantorna, men den totala biomassan och skörden höjdes dock inte. Gurkplantor reagerade på mellanbelysningen genom att rulla sina blad, vilket gjorde att ljuset inte mottogs optimalt. Trouwborst m.fl. misstänkte att ljusspektrumet inte var lämpligt för plantorna samt att det fanns för lite ljus ovanifrån. Belysning av plantor med monokromatiskt ljus kan dessutom påverka kvalitet och lagringsegenskaper hos gurka (Torre, o.a., 2009). Forskarna rapporterade att lagringsegenskaperna var bättre när gurka odlades med röd, blå eller röd/blå LEDmellanbelysning än när gurka odlades med enbart HPS-takbelysning. Dessutom hade gurkorna i blå mellanbelysning mera socker och mera vitamin-c än i de andra belysningsbehandlingarna. LED-belysning kan ytterligare ha betydelse i växtskyddsfrågor.

28 S i d a 27 I ett laboratorieförsök undersöktes om och hur snabbt vita flygare hittar äkta tomatblad och pappersimitationer i rött eller blått LED-ljus, i en kombination av rött och blått LED-ljus jämfört med vitt ljus, vilket skapades både med dagsljuslysrör och med LED (Nissinen, o.a., 2011). I rött, blått och rött/blått ljus landade vita flygaren inte på tomatblad eller dess imitation, medan största delen av försöksdjuren landade i vitt ljus inom den 20 minuter långa försöksperioden. Detta beror på att vita flygarens ljuskänslighet ligger inom två våglängdsområden, den ena tillhör UV-ljuset och den andra tillhör gula färgen. Tillämpningar av LED-lampor fungerar redan i laboratorier, som ersättning av ljusrör för växtförädlings-, växtföröknings- och produktionsyfte av små plantor. (Jenkins, 2010) påpekar att det används lägre ljusstyrkor i dessa förhållanden än i växthus och att LEDarmaturerna ännu inte kan ersätta HPS-lampor i växthus, men att de kommer att användas tillsammans med HPS i en hybridlösning. Dan Inborr Undersökningar I detta kapitel beskrivs undersökningar gjorda med LED-lampor Undersökning med LED-belysning för växter I en undersökning gjord av (Schüssler, o.a., 2009) testades olika lysdioder med olika våglängder för att se hur detta påverkar växtligheten. I undersökningen användes fyra monokromatiska färger (gult, rött, grönt och blått) samt ett vitt ljus. En kapsling med 72 stycken lysdioder som var fläktkyld blev använd. Den elektriska effekten uppgavs till 22 watt. (Schüssler, o.a., 2009) Det första testet var att kontrollera om ljuset från lysdioderna kunde förhindra blomningen av kortdagsväxterna Krysantemum, Kalanchoe och Julstjärna. Testet utfördes på tio stycken plantor per behandling och i ett rum med möjlighet att stänga ut det naturliga solljuset. Dygnet delades in i tre zoner: 8 h naturligt ljus, 8 h mörker och 8 h med LEDbelysning. (Schüssler, o.a., 2009) Blomningen blev förhindrad vid ljusintensiteter på 6 39 µmol m -2 s -1 (ca Lux) då vitt, gult, rött och grönt ljus användes. Då blått ljus användes fick man inte blomningen helt att förhindras. Vissa plantor gick i blom medan andra plantor uppvisade split (blomningen inducerades men plantan återgick därefter till vegetativ tillväxt). Detta trots att ljusintensiteten, som mäts i µmol m -2 s -1, var mycket högre i det blåa än i det gula, röda och gröna ljuset. Från detta kan man dra slutsatsen att det kan vara så, att inte bara ljusstyrkan har betydelse utan även ljuskvaliteten för kortdagsväxternas blomreglering. När man endast använde LED-ljus som ljuskälla blev det helt andra resultat. I och med att man i de flesta växthus vill utnyttja det naturliga solljuset maximalt är detta test inte så relevant. Det finns typer av växtodling där denna metod kan användas och det är vid odling

29 S i d a 28 av salladsskott. När man odlar salladskott vill man ha så hög färskvikt som möjligt. Ett test gjordes med samma färger som i det första testet. Man odlade salladskott av ärtor och solrosor under enbart LED-ljus. Mest färskvikt fick man vid vitt ljus och nästan lika mycket vid blått. När man använde grönt ljus gav det lägre färskvikt, men större sträckningstillväxt. (Schüssler, o.a., 2009) Undersökning av möjligheten att kontrollera metabolismen mha. LED I en undersökning som heter The possibility to control the metabolism of green vegetables and sprouts using light emitting diode illumination har man testat hur olika växttyper påverkas av LED-belysning. Olika bladgrönsaker blev planterade under Solid-state lighting enheter (solid-state lighting är t.ex. LED, glödlampa är inte det). Persilja (Petroselinum crispum), mejram (Majorana hortensis), lök (Allium cepa), sallat (Lactuca sativa), dill (Anethum graveolens) och basilika (Octimum basilicum) övervakades när plantorna mognade, innan de blev hämtade och belysta med LED-belysning i tre dagar. (Samuoliene, o.a., 2008) En belysningstid på 18 h per dag användes och temperaturen var 21/15 C (dag/natt) genom hela undersökningen. Vetegräs (Triticum aestivum), korngräs (Hordeum vulgare) och rädisa (Raphanus sativus) växte under LED-ljus efter sådd. Eftersom deras växtperiod från sådd till konsumtion är relativt kort, blev plantorna lämnade i LED-ljus i fem dagar efter att de börjat gro i stället för tre dagar. Två olika behandlingar gjordes under belysningsenheterna, innehållande olika kombinationer av LED. Dessa presenteras i Tabell 3-2. (Samuoliene, o.a., 2008) Tabell 3-2. Lysdiodens kombination av flödestätheter (Samuoliene, o.a., 2008) Flödestäthet (µmol m -2 s -1 ) Behandling 455 nm 640 nm 662 nm 735 nm L L Behandlingen L1 innehöll en röd baskomponent (640 nm), och tre kompletterande komponenter: blå (455 nm), röd (662 nm) och långvågiga röda ljuset (735 nm, ljus i den yttersta röda delen av det synliga ljusspektrat, mellan rött och infrarött ljus). Behandlingen L2 innehöll endast baskomponenten (640 nm). Den totala flödestätheten i båda fallen var 200 µmol m -2 s -1. De plantor som var referensplantor belystes med högtrycksnatriumlampor (HPS). Innehållet av primära och sekundära växtmetaboliter (en primär metabolit är direkt delaktig i normal tillväxt, utveckling och reproduktion, en sekundär metabolit är inte direkt delaktiga i dessa processer) påverkas märkbart av kvaliteten på ljusspektret och är beroende av växtarter och utvecklingsnivån. (Samuoliene, o.a., 2008)

30 S i d a 29 Persilja: Det höga flödet av rött ljus (Figur 3-1) i L2 behandlingen ökade kolhydraternas, särskilt sackarosens (som är en sockerart), koncentration i bladpersilja. Minskningen i ljusflödet av 640 nm komponent och införandet av blå (455 nm), röd (662 nm) och långvågigt ljus (735 nm) i belysningsspektret reducerade märkbart ansamlingen av maltsocker, fruktos och glukos i växtmaterialet. Ju högre flöde rött ljus, oavsett av förekomsten av andra komponenters spektrum, desto större är minskningen av nitrathalten i persilja. (Samuoliene, o.a., 2008) Figur 3-1. Kolhydratsinnehållet i bladgrönsaker, belyst med olika LED-kombinationer. R - referens; L1-belysning innehållande bas 640 nm och kompletterande 455, 662 och 735 nm komponenter; L2 endast baskomponent. (Samuoliene, o.a., 2008) Mejram: Den undersökta belysningen var lämplig för förbättringar på kvaliteten på näringen till mejram. I båda behandlingarna observerades märkbara ökningar av glukos (ca 15 procent), maltsocker (se Figur 3-1) och sänkningar av nitrat ( ). Denna valda typ av belysning hade ingen märkbar effekt på C-vitaminansamling i blad (se Figur 3-3). (Samuoliene, o.a., 2008) Lökblad: Den märkbara effekten på ansamlingen av fotosyntesprodukt i blad observerades i behandling L1 där röd och blå LED-ljus blev undersökta. Sådant ljus främjade maltsockeransamling i blad (se Figur 3-1). C-vitaminansamling i lökblad blev mer stimulerade med belysning från enbart 640 nm rött ljus (se Figur 3-1). Det blev en ökning på ca 16 procent med denna behandling. Nitratinnehållet i lökblad blev inte märkbart påverkade av denna belysning. (Samuoliene, o.a., 2008) Sallat: Den tillämpade ljuskällan resulterade i att vara den mest lämpade för fotosyntessystem för sallat (se Figur 3-1). I behandling L1, där kombinationen av alla fyra våglängder blev använda, var fruktosinnehållet ca tre gånger högre än referensen. I behandling L2, där den 640 nm röda komponenten blev använd, var ökningen av fruktos med ca 2,5 gånger jämfört med referensen. I behandling L1 påträffades lite ansamling av sackaros i bladen. Nitratmetabolismen var också positivt påverkad av LED-ljus (se Figur 3-2). Under denna korta period observerades 15 procent sänkning när det var belyst med alla fyra komponenter (640 nm, 662 nm, 445 nm och 731 nm) och 20 procent sänkning när

31 S i d a 30 det var belyst med enbart 640 nm ljus. C-vitamininnehållet blev påverkat negativt -50 procent sänkning blev uppmätt (se Figur 3-3). (Samuoliene, o.a., 2008) Figur 3-2. Nitratinnehållet i bladgrönsakerna som har växt med olika belysningar. R-referens; L1- belysning innehållande bas 640 nm och kompletterande 450, 660 och 735 nm komponenter; L2- "single" baskomponent. (Samuoliene, o.a., 2008) Dill: Det metaboliska systemet av plantan, ur näringssynpunkt, reagerade negativt på det tillämpade ljuset. Fruktosinnehållet sjönk från 2,1 till 0,6 0,7 mg g -1 och glukosinnehållet sjönk från 5,0 till 2,3 2,1 mg g -1 (se Figur 3-1). En annan ogynnsam effekt var 50 procents ökning av nitratinnehållet i behandling L1, och ca 30 procents ökning i behandling L2 (se Figur 3-2). (Samuoliene, o.a., 2008) Basilika: Små ökningar av maltsockerinnehåll och spår av sackaros hittades i båda behandlingarna. I behandling L1 fanns ca 0,5 mg g -1 maltos (se Figur 3-1). Det var inga märkbara effekter av C-vitamin i bladen (se Figur 3-3) och en 5 10 procents ökning av nitratjoner i båda LED-behandlingarna. (Samuoliene, o.a., 2008) Figur 3-3. C-vitamininnehållet i grönsaker som har vuxit under olika sorters belysningar. R-referens; L1-belysning innehållande bas 640 nm och kompletterande 450, 660 och 735 nm komponenter; L2- "single" baskomponent. (Samuoliene, o.a., 2008)

32 S i d a 31 Vetegräs (Wheatgrass): Behandlingen L1 med alla fyra LED-komponenter hade ungefär samma effekt på sockermetabolismen jämfört med HPS-lamporna. Ju högre flöde av röd 640 nm komponentljus reducerade glukoskoncentrationen i vetegräs med två gånger (se Figur 3-1). Fotosyntetisk aktivstrålning främjar den viktiga upptagningen av nitrat från marken för groddar. I behandling L1 fanns en ökning på ca 20 procent av nitratkoncentration och det höga flödet av rött ljus ökade nitratinnehållet med 65 procent (se Figur 3-2). En motsatt trend observerades för C-vitaminkoncentrationen (se Figur 3-3). I behandlingen L1 fastställdes en liten ökning av C-vitaminkoncentration och i behandling L2 steg C-vitaminkoncentrationen med nästan tre gånger. Effekten av ljuset var betydande för fenolföreningsinnehållet i groddar (se Figur 3-4). (Samuoliene, o.a., 2008) Korngräs (Barley grass): Effekten av ljuset påminner om det som upptäcktes på vetegräset. Plantor, som blivit uppväxt under LED-belysning i fem dagar, ansamlade bara hälften fruktos jämfört med HPS-lamporna. I behandlingen L1 6,2 mg g -1 av glukos blev uppmätt, i behandlingen L2 uppmättes 3,5 mg g -1 och i referensplantorna uppmättes 7,5 mg g -1 fruktos (se Figur 3-1). C-vitamininnehållet i behandling L1 var ca 20 procent högre än i referensplantorna och i L2-behandlingen ca två gånger högre (se Figur 3-3). Trots den positiva effekten med C-vitamin i blad, i behandling L1 observerades 20 procents och i behandling L2 ca 10 % sänkning av fenolföreningskoncentration jämfört med referensplantorna (se Figur 3-4). (Samuoliene, o.a., 2008) Figur 3-4. Innehållet i fenolföreningar i grönsaker och groddar uppväxt under olika belysningar; R- referens; L1-belysning innehållande bas 640 nm och kompletterande 450, 660 och 735 nm komponenter; L2-"single" baskomponent. (Samuoliene, o.a., 2008) Rädisa: LED-belysning hejdar märkbart sockeransamling i rädisan (se Figur 3-1). Glukos och sackaroskoncentration var mer än två gånger lägre, men i behandling L2 var sockerkoncentrationen närmare referensplantorna. Negativ effekt var det på C- vitamininnehållet (se Figur 3-3). Referensplantorna hade ca 13 mg g -1 och plantorna under LED-belysning hade ca tre mg g -1. (Samuoliene, o.a., 2008)

33 S i d a 32 Michael Söderlund 3.5 Koldioxid som tillväxtfaktor Koldioxid är en luktfri och genomskinlig gas. Luften består av kväve (78 %), syre (21 %) och ädelgaser, dit CO 2 räknas. Utomhusluften har så låg koldioxidhalt (0,0375 %, 375 ppm) att vi inte kan urskilja den. Koldioxidhalten ökar varje år med 1 ppm (miljondel) p.g.a. att det frigörs koldioxid från fossila bränslen. För att fotosyntesen skall fungera behöver växten solljus (PAR-strålning), vatten och koldioxid. Ekvation 2. Fotosyntesen Koldioxidens roll i fotosyntesen Fotosyntesens assimilation av koldioxid är en nyckelprocess i en plantas tillväxt. Under fotosyntesen omvandlar växterna luftens CO 2 till grundläggande byggstenar, socker, aminosyror och organiska syror mha. PAR-strålning och vatten. De grundläggande byggstenarna transporteras till de växande delarna av plantan där de bildar torrsubstans. Det socker som bildas används dels vid omvandlingsprocessen av de primära byggstenarna och dels för att upprätthålla plantans respiration. (Bakker, o.a., 1995) Under naturliga förhållanden finns det oftast inte så mycket vatten, ljus eller koldioxid som växten maximalt kunde utnyttja, men i ett välfungerande växthus kan en eller flera av dessa optimeras. Då det finns tillräcklig med fukt och ljus är koldioxiden den viktigaste begränsande faktorn för tillväxten. Eftersom moderna växthus är mycket täta så kan plantorna konsumera all koldioxid om växthuset hålls stängt vilket innebär CO 2 -gödsling måste tillämpas redan för att upprätthålla den naturliga tillväxtnivån. Detta fenomen beskrivs i Figur 3-5. Genom att ytterligare höja på koldioxidhalten kan en bättre produktion erhållas jämfört med en CO 2 -koncentration på 340 ppm. En förhöjd halt av CO 2 ger en ökad och tidigare skörd, samt en skörd med högre torrvikt. När växterna i ett växthus belyses med konstbelysning är det speciellt viktigt att koldioxidhalten inte blir för låg, eftersom den extra belysningen då går till spillo. (Koivunen, 2003) (Bakker, o.a., 1995)

34 S i d a 33 Figur 3-5. Procentuell produktionsskillnad jämfört med 340 ppm CO 2. (Svenskt Gastekniskt Center Ab, 2000) Koldioxidkoncentrationer CO 2 -koncentrationen i ett växthus regleras oftast automatiskt och är då inställd på ett visst börvärde. På grund av växternas konsumtion, otätheter i konstruktionerna, men framför allt ventilering, kan det vara svårt att hålla dessa börvärden. Den önskade koncentrationen koldioxid i växthuset varierar mellan olika växter samt mellan växthus, dvs. klimatstyrning och belysning m.m. Vissa hävdar att CO 2 -koncentrationen kan höjas ända upp till 1500 ppm (Karl, 1995), medan andra föreslår 1200 ppm (Lantz, o.a., 2006) eller bara 1000 ppm (Koivunen, 2003). Ett växthus utrustat med CO 2 -gödsling försöker vanligtvis upprätthålla en koncentration kring 700 ppm. Utan tillförsel av extra CO 2 kan halterna sjunka till 200 ppm (Koivunen, 2003), vilket reducerar tillväxten kraftigt. Det är även viktigt att cirkulera luften i växthuset för att hålla koncentrationen koldioxid jämn. CO 2 -koncentrationen höjs naturligt under natten som en följd av växternas cellandning och det är därför ur CO 2 - synpunkt inte rekommenderat att ventilera växthuset direkt på morgonen eftersom denna gratis CO 2 -mängd då går till spillo. En för hög koncentration av CO 2 har dock en hämmande effekt på tillväxten och plantans hälsa. För att undvika detta bör det finnas någon typ av mätutrustning i växthuset. Vid mätning av koldioxidhalten i växthuset skall man ta i beaktande att man inte står i närheten av mätaren, eftersom det frigörs koldioxid vid människors andning. Det ät viktigt att kalibrera koldioxidmätarna ofta, eftersom de är mycket känsliga för störningar. (Koivunen, 2003)

35 S i d a 34 I praktiken använder växtligheten 0 2 kg koldioxid per tusen kvadratmeter per timme, men man tillför ofta 1 4 kg i timmen per kvadratmeter p.g.a. svinn. Gödsling med koldioxid varierar med växtart, tillväxtskede, årstid, ljushet, temperatur, dygnstid, växthusets täthet och andra faktorer. Man gödslar endast då förhållandena är bra för tillväxt. (Koivunen, 2003) (Lantz, o.a., 2006) Koldioxidbehov för tomat Under tomatplantans första tid i växthuset är det vanligt med en koldioxidhalt på ppm. Denna nivå kan enbart upprätthållas om det är frågan om ett slutet växthus. Under sommaren blir temperaturen ofta för hög i växthus, vilket kräver ventilering. När växthuset är i behov av ventilering är det därför vanligt med en koncentration på ppm. Om växthuset saknar utrustning för tillförsel av koldioxid kommer koldioxid koncentrationen att sjunka från den normala nivån på ppm ner till 150 ppm, vilket då hämmar tillväxten, fenomenet gäller givetvis slutna växthus. (Jordbruksverket, 2007) Koldioxidbehov för gurka Dem optimala koldioxidhalten vid gurkodling är något lägre än hos tomatodling. Koncentrationen borde ligga mellan 600 och 800 ppm och kan då öka produktionen med %. En koncentration på 800 ppm stimulerar produktionen av frukt och blommor, dvs. generativa egenskaper. För att stimulera tillväxten av blad och skott, dvs. vegetativa egenskaper är en koncentration på 400 ppm mera lämplig. (Jordbruksverket, 2007/2008) Försök har visat att CO 2 -koncentrationer på 1200 ppm inte ökar produktionen märkbart och att en koncentration på 1500 ppm skall ses som en övre gräns vid odling av gurka. (Norén, 2002) Koldioxidbehovet för paprika Under luftningsfasen av en paprikaodling används en koncentration på 300 ppm. Vid god instrålning används samma koncentration som vid gurkodling, dvs ppm. (Jordbruksverket, 2007/2008) Koldioxidbehov vid ört- och sallatsodling Koldioxidnivån vid både ört och sallatsodling bör ligga på cirka 800 ppm. (Andersson, 2010)

36 S i d a 35 Mats Borg och Dan Inborr 4 Strålning och belysning 4.1 Allmänt om elektromagnetisk strålning Enligt kvantfysiken kan elektromagnetisk strålning betraktas både som vågor och som partiklar, s.k. fotoner. Energin hos en enskild partikel är omvänt proportionell till strålningens våglängd, d v s ju kortare våglängd desto högre energi. Det elektromagnetiska strålningsspektret omfattar väldigt olika typer av strålning. I växthussammanhang är de mest intressanta: - Synligt ljus (egentligen våglängderna nm, men ofta anges de snävare gränserna nm). Det synliga området är ungefär det samma som det fotosyntetiskt aktiva området ( nm). - NIR-strålning (NärInfraRöd strålning, d v s den del av det infraröda området som ligger närmast det synliga området, våglängderna nm). En del av strålningen från solen och andra heta (> 500 C) strålande föremål, t ex glödtråden i en lampa ligger inom detta område. - Värmestrålning ( nm) från föremål med moderat temperatur. Strålningen från armaturen och höljet på lampor ligger inom detta område. Värmestrålningen från värmerör, plantorna och växthusets tak faller också inom detta område. Figur 4-1. Elektromagnetiska spektret och det ljusspektrum som människoögat uppfattar. (Treiman, 2005)

37 S i d a 36 Det vanligaste sättet att mäta strålning är baserat på den energi som strålningen totalt bär med sig. Exempel på sådana energirelaterade strålningsstorheter är strålningseffekt [W] och instrålningstäthet [W/m 2 ]. Ett alternativt sätt att mäta strålning är baserat på antalet partiklar. Strålningen består normalt av en mycket stor mängd partiklar och räknas därför i enheten mol. En mol är 6, stycken partiklar. Man får då t ex storheterna fotonflöde [mol/s] och fotonflödestäthet [mol/(m 2 s)]. När man är intresserad av strålningens ljusverkan för människan måste man använda mått som beaktar ögats känslighet för strålningen. I stället för watt (W) använder man då enheten lumen (lm). Man får då storheter som t ex ljusflöde [lm] och belysning [lux = lm/m 2 ]. 4.2 Solstrålning Solstrålningen mäts vanligen i W/m 2. En s.k. pyranometer, eller solarimeter, registrerar den totala strålningseffekten från solen. Den omfattar också UV-strålning och IR-strålning. Pyranometern fungerar vanligen så att den registrerar den värmeeffekt som upptas av en svart yta utsatt för solstrålningen. Strålningseffekten utanför jordens atmosfär är 1365 W/m 2. Strålningen vid jordytan beror av strålningens vinkel mot jordytan samt väderförhållandena (främst molnighet). I Finland når den sommartid maximalt c 800 W/m 2. Av strålningseffekten ligger då mindre än hälften inom det synliga området (c 38 % inom området nm), och mer än hälften inom NIR-området, medan endast 3 4 % ligger inom det ultravioletta området (se Figur 4-2). Strålningsintensiteten vid mulet väder är bara en bråkdel av intensiteten vid klart väder. Figur 4-2. Solstrålningens spektrum. (Wikipedia/sunlight, 2011)

38 Genomsnittlig globalstrålning [W/m 2 ] S i d a 37 Strålningen kan delas upp i en direkt komponent och en diffus komponent. Vid mulet väder är strålningen så gott som helt diffus. Även vid klart väder består c 20 % av strålningen av diffus strålning, det blåaktiga ljuset från himlavalvet. Den diffusa strålningen innehåller alla synliga våglängder, men diffus strålning från klar himmel domineras av blått ljus. Summan av direkt och diffus strålning kallas globalstrålning. I en väderstation i Övermark uppmättes under perioden i medeltal effekten 103 W/m 2, vilket motsvarar årliga strålningsenergin 902 kj/m 2. Figur 4-3 visar den månadsvisa fördelningen jul aug sep okt nov dec jan feb mar apr maj jun Figur 4-3. Månadsmedeltal för globalstrålning uppmätta i Övermark juli 2010 juni (Data framtagna av Yrkeshögskolan Novia inom AKTIV-projektet). 4.3 Ljus Ljusflödet Φ (enhet: lumen, lm) beräknas genom att man multiplicerar strålningseffekten P med en faktor som beskriver hur ögat upplever strålningen, det s.k. ljusutbytet K (enhet: lm/w). KP Ljusutbytet är baserat på ett normalt ljusadapterat ögas känslighet för strålning av olika våglängd och beror av våglängden enligt Figur 4-5. Funktionsvärdet vid en viss våglängd kallas spektrala ljusutbytet K (λ). Det maximala spektrala ljusutbytet K max är 683 lumen/watt vid 555 nm. För en ljuskälla som strålar med flera olika våglängder används ett viktat medelvärde, vilket kallas ljuskällans ljusutbyte K. Kvoten mellan ljusutbytet och maximala ljusutbytet kallas ljusverkningsgraden V och anges i %. Ljusverkningsgraden vid olika våglängder visas i Figur 4-4.

39 S i d a 38 K VK max För att bestämma en ljuskällas effektivitet måste man beakta både dess ljusutbyte och dess verkningsgrad vid omvandling av el till strålning. Produkten av dessa båda faktorer, K, saknar standardiserad benämning, men kallas ibland ljuskällans ljuseffektivitet. K P el Figur 4-5. Känsligheten för det mänskliga ögat vid olika våglängder. (What-when-how, 2012) Figur 4-4. Ljusverkningsgraden vid olika våglängder. (Padfield, 2009) 4.4 PAR-strålning Den del av strålningsspektrum som bidrar till fotosyntes hos växter kallas PAR-strålning (photosyntetically active radiation). Den definieras som området mellan 400 nm och 700 nm. Strikt taget kan fotoner även en liten bit utanför dessa gränser ge upphov till fotosyntes. PAR-strålningens gränser sammanfaller nästan med gränserna för synligt ljus ( nm). Ögat känslighet nära gränserna är väldigt låg och ibland anges gränserna för synligt ljus till just 400 nm och 700 nm. När man är intresserad av strålningens verkan på växter borde man i princip använda ett mått som beaktar strålningens förmåga att generera fotosyntes. Man borde på motsvarande sätt som vid ljusmätning använda en kurva som beskriver växternas förmåga att använda strålningen för fotosyntes. Problemet är att denna kurva varierar mellan olika arter och med

40 S i d a 39 växtens tillstånd. Det är därför inte möjligt att exakt beakta strålningens fotosyntetiska verkan. Fotosyntesen är i grunden beroende av antalet fotoner snarare än strålningens energi. För en fullständig fotosyntesreaktion behövs 8 10 fotoner. En typisk kurva över en växts förmåga att använda fotoner av olika våglängd visas i Figur 4-6. Av figuren framgår att fotoner inom PAR-området har någorlunda lika förmåga att generera fotosyntes. Av de mått som används för strålning är därför fotonflöde det mest relevanta. När det gäller PARstrålning blir storheten då PPF (photosyntetic photon flux), som vanligen mäts i enheten mikromol per sekund (μmol/s), vilket betyder 6, fotoner/s. Motsvarande flödestäthetsstorhet är PPFD (photosyntetic photon flux density), som mäts i enheten mikromol per kvadratmeter och sekund (μmol/m 2 s). Ibland används begreppet PAR, felaktigt, som en storhet i stället för PPFD. Figur 4-6. Fotonernas förmåga att generera fotosyntes i en typisk växt (blå kurva). Effektivast är i detta fall strålning med våglängden 620 nm. Övriga våglängder jämförs med detta värde. Om alla fotoner inom PAR-området skulle vara lika effektiva skulle kurvan följa de röda linjerna. Detta är den approximation som görs vid PAR-mätning i enheten mikromol. (LI-COR, 2011) PAR-strålning kan också mätas enligt energi (W/m 2 s) och enligt ljusverkan (lux). Av dessa är lux det sämsta alternativet, eftersom det baserar sig på ögats känslighet för strålning och denna är inte alls relevant för växter. Energiinnehållet är bättre och används i praktiken ofta som strålningsmått. Fotoner med kort våglängd (t ex blått ljus) har högre energi än fotoner med lång våglängd (rött ljus). Det innebär att vid en given instrålningstäthet (W/m 2 s) träffas bladytan av fler fotoner om ljuset är rött än om det är blått. Om varje foton vore likvärdig ur fotosyntessynpunkt skulle växterna respondera bättre på långvågig strålning än på kortvågig strålning och responskurvan skulle vara som i Figur 4-7. Att använda energimått för strålning kan därför ge en viss snedvridning (blått ljus ges för stark vikt). Snedvridningen är dock mycket mindre än vid mätning i lux, vilken ger en stark snedvridning till förmån för grönt ljus, vilket är helt felaktigt eftersom grönt ljus är det som växterna sämst använder sig av.

41 S i d a 40 När man i växthussammanhang mäter strålning enligt energi (t ex i W/m 2 s) är det viktigt att veta om mätaren registrerar hela spektret, d v s även ultraviolett strålning (< 400 nm) och infraröd strålning (> 700 nm), eller endast energi inom PAR-området ( nm). En standard strålningsmätare mäter hela spektret. Om endast PAR-området registreras bör enheten anges som W/m 2 s (PAR). När det gäller solstrålningen ligger mindre än hälften inom PAR-området och beroende på om man mäter i W/m 2 s eller W/m 2 s (PAR) kommer värdet alltså att skilja med mer än faktorn två. I princip gäller samma påpekande också för fotonflöde, d v s man borde specificera om fotonflödet gäller all strålning eller endast PAR-området. I praktiken är detta inget större problem eftersom kvantmätare (som mäter i mikromol) vanligen produceras just för att mäta PAR-strålning och därför är begränsade till detta område. Figur 4-7. Växternas (heldragen linje) respektive ögats (streckad linje) respons på strålning av olika våglängd. I denna figur har antagits att växtens respons är lika god för alla fotoner inom PARområdet, dvs. att växterna responderar enligt röda (kantiga) kurvan i Figur 4-6. (Bakker, o.a., 1995) 4.5 Spektra från olika ljuskällor Ljuskällor skiljer sig åt förutom i total stråleffekt också i hur strålningseffekten är fördelad över olika våglängder, d v s hurudant spektrum de ger upphov till. Fördelningen kan inte fullgott representeras med ett enda värde utan måste återges som en kurva över effekten vid olika våglängd (alternativt fotonflödet vid olika våglängd). Ofta är denna kurva normaliserad, så att den våglängd som har högsta effekten ges värdet 1 (eller 100 %) och övriga våglängder värden i förhållande till detta. Dagsljus (solstrålningen) har ett kontinuerligt och någorlunda jämnt spektrum (alla synliga våglängder finns ungefär lika starkt representerade). Spektret har olika utseende beroende

42 S i d a 41 på om det är klart eller mulet och tidpunkten på dygnet. Vid mulet väder och när solen står lågt på himlen är andelen blått ljus högre. Ingen lampa kan ändå mäta sig med dagsljuset i spektral jämnhet (se Figur 4-8). Glödlampor har ett spektrum som är kontinuerligt men med kraftig tyngdpunkt på den röda ändan av spektrum. Lågtrycksnatriumlampor (LPS) har mycket smal topp i det gula området (590 nm) medan andra våglängder saknas. Högtrycksnatriumlampor (HPS) har en bredare topp i samma område och därtill svagare strålning över hela det synliga spektret. Metallhalogenlampan (MH) har en kontinuerlig bas i spektret med några toppar vid olika våglängder. LED-lampor har en rätt smal topp kring en viss våglängd medan andra våglängder saknas helt eller till stor del. Ofta kombineras LED-lampor med olika våglängd (t ex röd och blå) i samma armatur varvid man får ett spektrum med flera toppar.

43 S i d a 42 Figur 4-8. Fotonflödesspektra för dagsljus och olika lampor. Anger relativt antal fotoner i olika våglängdsområden. Uppe röd - dagsljus, uppe blå - metallhalogen (MH), mellan röd - kallvitt lysrör, mellan blå röd LED, nere röd - glödlampa, nere blå - högtrycksnatrium (HPS). (LI-COR, 2011) 4.6 Strålningsenheter I tidigare avsnitt har redan påvisats behovet av att använda olika enheter för strålning beroende på om man är intresserad av energiinnehåll, ljusverkan eller fotosyntetisk verkan. Utöver detta finns olika enheter beroende på om man mäter flöde, mängd, flödestäthet eller styrka (= intensitet i en viss riktning). I Tabell 4-1 presenteras dessa olika typer av storheter enligt standarden ISO 31/ och nedan följer en beskrivning av de ur växthusperspektiv viktigaste av dem. Tabell 4-1. Centrala storheter för ljus och generellt för elektromagnetisk strålning Typ av storhet Flöde Radiometrisk storhet (generell) Strålningseffekt P [W] (eller strålningsflöde Φ) Mängd Strålningsenergi Q [J = W s] Fotometrisk storhet (ljus) Ljusflöde Φ [lm] Ljusmängd Q [lm s] Flöde per area Instrålningstäthet E [W/m 2 ] Strålningsflödestäthet φ Utstrålningstäthet M Belysning E [lx = lm/m 2 ] Ljusutstrålningstäthet M [lm/m 2 ] Flöde per rymdvinkel Strålningsstyrka I [W/sr] Ljusstyrka I [cd = lm/sr] Flöde per rymdvinkel och utstrålande area Radians L [W/sr m 2 ] Luminans L [cd/m 2 = lm /sr m 2 ] Strålningseffekt/ljusflöde. Den strålningseffekt, P, (kallas även strålningsflöde och betecknas Φ) som sänds ut, överförs eller tas emot i form av strålning. Enheten är watt, W, eftersom det handlar om en effektstorhet. Bör inte blandas ihop med den elektriska effekten som en lampa förbrukar. För ljus är motsvarande storhet ljusflöde, Φ, med enheten lumen, lm.

44 S i d a 43 Strålningsenergi/ljusmängd. Den strålningsmängd eller ljusmängd som totalt sänds ut, överförs eller tas emot under en viss tid. Strålningsmängden, Q, har enheten joule, J medan ljusmängden Q, har enheten lumensekund, lm s. Instrålningstäthet/belysning. Detta är den centrala storheten ur växthusbelysningssynpunkt. Den anger flödets täthet, d v s hur stort flödet är per kvadratmeter yta som träffas av flödet. Instrålningstäthet (kallas även irradians), I, har enheten W/m 2 medan belysning (kallas även illuminans), E, har enheten lux, lx (1 lx = 1 lm/m 2 ). Strålningsstyrka/ljusstyrka. Denna anger strålningseffekt eller ljusflöde per rymdvinkel. Den används främst för att karakterisera hur starkt en ljuskälla strålar i olika riktningar. Strålningsstyrkan har enheten watt per steradian, W/sr, medan ljusstyrkan har enheten candela, cd (1 cd = 1 lm/sr). En steradian, sr, är en rymdvinkel av sådan vidd att den area den skär ut ur en sfär är sfärens radie i kvadrat (se Figur 4-9). Om man integrerar strålningstyrkan över hela sfären får man den totala strålningseffekten. Omvänt får man den genomsnittliga strålningsstyrkan om man dividerar totala strålningseffekten med rymdvinkeln för en hel sfär (4π sr). Växthusarmaturer är normalt konstruerade för att sända ut ljus bara över en halv sfär. Figur 4-9. Vinkelmåttet för vanlig, plan vinkel (radian) och för rymdvinkel (steradian). (MathIsFun, 2011) I växthussammanhang används dessutom ofta en storhet som anger kumulerad strålningsenergi per kvadratmeter, med enheten J/m 2, anges t ex för ett dygn. Ytterligare en storhet som används i växthussammanhang är installerad belysningseffekt per kvadratmeter. Detta är inte egentligen en strålningsstorhet eftersom den strålningseffekt per kvadratmeter som uppstår beror av ljuskällans effektivitet. Färgtemperatur. Färgtemperaturen, mäts i Kelvin, K, och är ett mått på den spektrala fördelningen av det ljus som en lampa avger. Ju högre färgtemperatur desto kallare, mer blåaktigt är ljuset. Exempel på kallt ljus är dagsljus, med en temperatur runt 5000 K. Ett varmt gulaktigt ljus får man av glödlampor, som har en färgtemperatur kring 2700 K. Färgtemperaturen är av visst intresse såtillvida att den beskriver balansen mellan blått och rött. Denna balans påverkar växtens morfologi, t ex om växten blir lång och tanig eller kort

45 S i d a 44 och kraftig. Ur fotosyntessynpunkt är färgtemperaturen mindre relevant eftersom växten kan utnyttja både blått och rött ljus bättre än mellanliggande våglängder. Eftersom spektrum är olika för olika typer av lampor kommer ljusutbytet att variera. Likaså kommer kvoten mellan fotosyntetiska fotonflödet och strålningsflödet att variera mellan olika lampor. Det är därför inte möjligt att generellt omvandla mellan W/m 2, lux och μmol/m 2 s. För en given typ av lampa är det däremot möjligt att räkna om mellan olika enheter (se Kapitel 3, Tabell 3-1). Noteras bör dock att även för samma typ av lampa föreligger skillnader mellan olika tillverkare och modeller. Globalstrålning mätt i W/m 2 omvandlas ofta till μmol/m 2 s genom att multiplicera med faktorn 2. Det exakta värdet beror av solens höjd och väderförhållandena. Dessutom bör man beakta att globalstrålningen vanligtvis mäts utanför växthuset medan fotonflöde inne i växthuset ofta är det intressantaste måttet. Effekterna av transmissionen genom glaset bör då också tas i beaktande. När man jämför lampors effektivitet för plantbelysning är producerat fotonflöde per tillförd eleffekt [μmol/ws] det mest relevanta måttet. Strålningsverkningsgraden, dvs. strålningseffekt per elektrisk effekt, [% eller W/W] är också någorlunda fungerande medan ljuseffektiviteten [lux/w] är ett dåligt mått för växthusändamål. När man mäter belysningens jämnhet fungerar de tre strålningsmåtten W/m 2, lux och μmol/m 2 s lika bra eftersom det hela tiden handlar om samma spektrum. Detta gäller om man t ex undersöker hur jämnt armaturen sprider ljuset. Om man däremot undersöker strålningen på olika djup i växtligheten är spektrum inte lika, eftersom absorptionen hos plantorna är selektiv. Då är μmol/m 2 s den bästa enheten. Dan Inborr 4.7 Ljuskällor Natriumlampan I natriumlampan förångas natrium och vid denna process sänds strålning ut i form av fotoner. Strålningen är speciell eftersom den resulterar i två olika våglängder: 589,0 och 589,6 nm. Detta ligger inom det synliga spektrumet för människan och nära där ögat är som strålningskänsligast. (Carlsson, 2006) Lågtrycksnatriumlampa Lågtrycksnatriumlampa förkortas LPS och det står för Low Pressure Sodium. I princip är lågtrycksnatriumlampan monokromatisk och detta innebär att färgåtergivningen i ljuset från lampan blir mycket dålig. I och med detta är denna typ inte lämpad i anläggningar där

46 S i d a 45 färgåtergivning och estetiska värden är viktigare än högt ljusutbyte. Lågtrycksnatriumlampan är en ljuskälla med ett ljusutbyte upp till 200 lumen per watt. Lågtrycksnatriumlampans uppbyggnad kan ses i Figur (Carlsson, 2006) Figur Uppbyggnaden av en lågtrycksnatriumlampa. (U.S. Department of Energy, 2010) Natrium är i fast form i rumstemperatur. Det krävs en mycket hög spänning för förångningen och urladdningen. För att kunna tända den med en lägre spänning fylls röret med en blandning av neon och argon. När man tänder en lågtrycksnatriumlampa ger den först ifrån sig ett rött ljus, vilket är resultatet av urladdningen av neon. (Carlsson, 2006) Om man har lägre tryck i röret får man ett större ljusutbyte. Ett lägre tryck förkortar elektrodernas livslängd, då de evaporerar (avdunstar) fortare. För att lösa detta problem har man tillsatt ämnet xenon. Xenon kostar ganska mycket så denna lösning är relativt dyr. (Carlsson, 2006) Högtrycksnatriumlampa Högtrycksnatriumlampa förkortas HPS och står för High Pressure Sodium. Skillnaden mellan högtrycksnatriumlampan och lågtrycksnatriumlampan är att ett högre tryck lagts på högtrycknatriumlampans kolv (dvs. den som omger lampan, materialet är ofta glas med olika former). För att få trycket höjt så har man tillsatt xenon och i flera fall kvicksilver som bidrar till ljusalstring och den spektrala fördelningen. I och med det höga trycket så

47 S i d a 46 håller elektroderna längre och livslängden blir därmed längre än för lågtrycksnatriumlampor. Även högtrycksnatriumlampor har högt ljusutbyte, på upptill 130 lumen per watt. I Figur 4-11 ser man uppbyggnaden av högtrycksnatriumlampan. (Carlsson, 2006) Figur Uppbyggnaden av högtrycksnatriumlampan. (Science, 2011) På grund av det höga trycket i högtrycksnatriumlampan krävs en hög spänning för att starta lampan och det är därför den har en tändare. En nackdel är att tändningen och återtändningen vid spänningsbortfall tar flera minuter. (Carlsson, 2006) 4.8 LED LED-teknikens kommersiella historia är hittills relativt kort. Lysdioden uppfanns ursprungligen på 1920-talet av en rysk radiotekniker, som upptäckte att en diod, en elektronisk halvledarkomponent som enbart släpper igenom ström åt ett håll, avgav ett svagt rött sken då ström flöt igenom. På 1960-talet blev det möjligt att köpa lysdioder med mycket svaga ljusstyrkor, och det fanns endast gröna, röda och gula lysdioder. Senare tillkom också blå lysdioder och sedan man utvecklat en teknik för att lägga ett fosforskikt inne i lysdiodens kapsling, kunde man även framställa lysdioder som avgav vitt ljus. Det var först i slutet av 1990-talet som mer ljusstarka lysdioder kom på marknaden. (Schüssler, o.a., 2009)

48 S i d a 47 Lysdioder har blivit större med bättre ljusavgivning, priset har sjunkit och fler färger (våglängder) har blivit tillgängliga. Inom LED-tekniken (Light Emitting Diode) har man kommit på idén att bygga ihop många små lysdioder till kluster för att på så sätt kompensera för att varje enskild lysdiod avger relativt lite ljus. I och med denna utveckling har det lett till att tekniken idag kommit så långt med avseende på pris och ljusstyrka att den kan komma ifråga för belysning i växthus. (Schüssler, o.a., 2009) Från och med hösten år 2009 började EU som en följd av ett EuP (Energy Using Products) -direktiv avlägsna glödlampor från den kommersiella marknaden för att lämna rum för mera energisnåla lösningar. Under en övergångsperiod till år 2013 skall alla W glödlampor samt klara halogenlampor avlägsnas. I och med detta är det viktigt med forskning kring nya energisnåla lösningar. (Mård-Ek, 2010) Lysdiodens funktion I stället för att ha en upphettad glödtråd som i en traditionell glödlampa har lysdioden en platta med halvledarmaterial i olika skikt. Färgen på ljuset, som lysdioden avger, bestäms av det material som halvledarplattan består av, inte vilken färg det är på lysdiodens hölje (se Figur 4-12). Oftast består ljuset från en lysdiod bara av en våglängd, förutom i vita lysdioder. Den vita lysdioden avger ett helt spektrum av våglängder som bildar det vita ljuset. (Schüssler, o.a., 2009) (Pérez, 2010) Figur Lysdiodens uppbyggnad och funktion. (Britannica, 2010) En viktig egenskap hos LED-tekniken är att den är väldigt effektiv med att konvertera elektricitet till ljus. Den har inget spill i form av UV- eller IR-ljus. Armaturerna har lång

49 S i d a 48 livslängd, ca timmar, och det innebär att de kan lysa konstant fem till tio år. Denna tid kan förlängas eller förkortas beroende på bl.a. av inställning av ström till dioderna, även temperaturen dem utsätts för är avgörande. De är heller inte känsliga för skakningar och temperaturväxlingar. Ur miljösynpunkt är de också bra i och med att de inte innehåller några tungmetaller. Eftersom ingen värmestrålning avges kan man belysa objektet på väldigt nära håll. Att man kan få ett monokromatiskt ljus (bara en våglängd), är en fördel med tanke på växthusodling. (Schüssler, o.a., 2009) (Pérez, 2010) (Lampinfo.se, 2011) För- och nackdelar I detta kapitel redogörs olika för- och nackdelar med LED-belysning. Fördelar Effektivitet: Lysdioder producerar mer ljus per watt än traditionella ljuskällor som t.ex. glödlampor. Färger: Lysdioder kan avge ljus av en önskad färg (våglängd) utan att man behöver använda ett färgfilter som andra traditionella belysningsmetoder kräver. Storlek: Storleken på lysdioder kan vara väldigt små. Detta innebär ibland att lamparmaturerna kan göras mindre. On/Off tid: Lysdioder tänds väldigt snabbt. En typisk LED kommer upp till full ljusstyrka på en mikrosekund. On/Off cykel: Lysdioder är lämpliga i applikationer där belysningen ofta tänds och släcks, ex. i växthus. Detta tvärtemot traditionella lampor som ofta är känsliga för detta och lätt brinner sönder. Dimbar (ljusreglerbar): En lysdiod kan lätt dimras med antingen pulsbreddsmodulering eller genom att man höjer och sänker strömmen till den. Många LED-växtbelysningstillverkare väljer dock i dagsläget att inte erbjuda dimbara produkter pga. höga kostnader för växthusodlaren. Kallt ljus: Lysdioder utstrålar väldigt lite värme i form av IR, som kan orsaka skada på känsliga objekt och skiljer sig i detta avseende från de traditionella ljuskällorna. Energiförlusterna sprids som värme genom undersidan av lysdioden. Livstid: En lysdiods livstid kan bli upp till ca timmar. Detta varierar dock beroende på användningsomständigheterna. Om man t.ex. har en för hög ström eller för hög omgivningstemperatur till lysdioden så kan livstiden förkortas mycket. Resistiv mot "yttre chock": Lysdioder är s.k. solida komponenter och är därför tåligare mot en yttre mekanisk belastning i motsats till t.ex. glödlampor. Fokus: En lysdiod kan lätt designas så att den fokuserar sitt ljus. De traditionella lamporna måste oftast ha en extern reflektor för att fånga upp ljuset och fokusera det. Toxicitet: Lysdioder innehåller inte kvicksilver. (Pérez, 2010)

50 S i d a 4 9 Nackdelar Högt inköpspris: Lysdioder är idag dyrare, räknas som pris per lumen, än de flesta traditionella belysningstekniker. Temperaturberoende: Hur bra en lysdiod presterar beror på vilken temperatur omgivningen har där lysdioden befinner sig. Att överskrida den temperatur den klarar av resulterar i överhettning av lysdioden och slutligen till att den går sönder. Spänningskänslig: Lysdioder måste matas med en spänning som är över tröskelspänningen och en ström som är under maxvärdet på strömmen. Detta kan innebära att resistorer och strömstyrd matning krävs. Ljusarea: Lysdioder har ingen s.k. punktkälla utan de har snarare en lambertiell distribution. Ytan på ett föremål är lambertiell om den ser likadan ut oberoende av ur vilken synvinkel den betraktas. Ljusdioder är svåra att använda i applikationer där det krävs ett sfäriskt ljusfält. (Pérez, 2010) Prisjämförelse HPS- och LED-lampor Nedanför jämförs LED - lampor med HPS - lampor i avseende på pris och energikostnad. Figur Jämförelse mellan LED- och HPS-armaturer. (LEDlight Sweden, 2008) Efter att ha undersökt några leverantörer så är de genomsnittliga priserna för en UFO-50W (som motsvarar en HPS-lampa på W) ca 310 euro. UFO-90W (som skall motsvara en HPS-lampa på W) kostar i medeltal ca 370 euro. Dessa LEDarmaturer är färdiga att sättas i användning, m.a.o. bara att sätta sladden i vägguttaget. Efter att ha kontrollerat några leverantörer så är de genomsnittliga priserna för HPS-lampor med effekten 150 W ca 26. HPS-lampor med effekten 250 W har ett genomsnittligt pris på ca 32,6 och HPS-lampor med effekten 400 W har ett genomsnittligt pris på ca 41.

51 S i d a 50 Dessa priser är endast vad HPS-lamporna kostar. För att dessa skall implementeras i växthus behöver man ännu en reflektor, en ballast och kabeldragningen dit. Ett genomsnittligt pris, för 250 W HPS-kit innehållande allt detta som behövs, är ca 100 och för 400 W HPS ca 115. Leverantörerna rekommenderar ofta att man byter lamporna var fjärde år för att få ut så mycket effekt som möjligt. En annan sak som man bör ta i beaktande är att HPS-lamporna avger mycket värme också och den värmen måste man få bort genom kylning eller ventilation. Detta kan bli en extra kostnad som bör tas i beaktande. Däremot minskar uppvärmningsbehovet från andra källor när HPS-belysning används.

52 S i d a 51 Ingmar Bäckström 5 Växthusbyggnader Figur 5-1. Visar exempel på ett blockväxthus. 5.1 Växthusens utveckling Eftersom växthusnäringen har en lång tradition i Österbotten förkommer också många olika typer av växthus i området. Av tradition har man pratat om glasväxthus och plastväxthus. Med glasväxthus avsågs fribärande växthuskonstruktioner med separata vägg- gavel- och takytor. Från början av 1970-talet började man prefabricera konstruktionen i galvaniserat stål som tillverkades i delar och monterades på byggnadsplatsen. Under en kortare period tillverkades bärande konstruktionen även i aluminium. Täckmaterial var från början glas, men småningom kom även isolerande täckmaterial med i bilden i form av så kallade kanalplattor i akryl (plexiglas) eller polykarbonat. För infästning av täckmaterial har man från 70-talet nästan uteslutande använt aluminium spröjsar och -profiler. Plastväxthus kom allmänt med i bilden under 70-talet. Stommen gjordes i tryckimpregnerade limträbågkonstruktioner. Täckmaterialet var en PE-folie, behandlad så att den hade högre hållbarhet mot solens UV-strålning, samt försedd med mjukgörare för att bibehålla sin smidighet även vid låga temperaturer. Allmänt gick den under benämningen EVA-folie (Etyl-Vinyl-Acetat). I dag har folien förbättrats genom en längre livslängd och fuktavstötande egenskaper. Plastväxthusen försågs med dubbel folie med luftspalt emellan och därmed fick man också en isolerande effekt med avsevärt lägre energiförbrukning än glashusen samtidigt som man fick ett billigare växthus. Limträbågkonstruktionen finns ännu i bruk en hel del. Dock byggs dagens plastväxthus oftast med galvaniserad stålkonstruktion och kan även ha formen snarlikt glasväxthuset med plana ytor. Plastväxthusen kan även täckas med Polykarbonat kanalplattor. Under 2000-talet har byggnadskonstruktionerna och -sättet förändrats radikalt. Storleken på nya växthusbyggnader ligger numera på m². För att få en mera sammanhängande och rationell enhet bygger man i dag nästan uteslutande multispann växthus, eller som man allmänt säger: blockväxthus, dvs. man bygger samman smalare

53 S i d a 52 växthus till ett bredare. Dessa gick allmänt under beteckningen Venlo-hus till en början men egentligen var detta benämningen på ett visst fabrikat. Av tradition har företagen oftast varit familjeföretag där arbetskraften i huvudsak bestått av den egna familjen där man inte ställt så stora krav på serviceutrymmen. I och med att anläggningarna blivit större ställs också större krav på servicebyggnaderna. Ökat behov av anställd personal ställer större krav på sociala utrymmen. Ytorna för tekniska installationer ökar, samtidigt som hanterings- och arbetsutrymmen ökar. Detta betyder att serviceutrymmena numera ofta uppgår till en areal på m². På grund av den stora arealen väljer de flesta att bygga serviceutrymmena som blockväxthus men isolerar ytterväggarna med isolerade element, använder glas i kombination med isolationsgardiner i tak. 5.2 Växthusmodeller i användning Presentation av de vanligaste växthusmodellerna som byggts allmänt och ännu är vanligt förekommande i växthusodlingarna Glasväxthus Fribärande växthus Företaget VSK (Veljet Suomisen Konepaja), var bland de första som började tillverka växthuskonstruktioner i galvaniserad stålkonstruktion i slutet av 1960-talet med bredderna 11,5 m, 16,5 m och 20 m. Efterhand kom flera tillverkare med likartade konstruktioner. Företaget Steelmark Ab blev småningom den tillverkare som kom att bli den dominerande tillverkaren fram till dagens Multispan växthus. Figur 5-2 nedanför visar exempel på ett Steelmark växthus. Figur 5-2. Visar ett Steelmark, fribärande glasväxthus.

54 Multispan växthus (blockväxthus) S i d a 53 Blockväxthusen började byggas allmänt under 2000-talet när växthusarealerna blev större. Allmänt pratar man om blockbredd och spannbredd. Kännetecknande för blockväxthus är att bärande fackverken ligger vågrät fastmonterade i vertikalstolpar. Konstruktionen för täckmaterialet och dess infästningar är mycket lätt och har endast till funktion att hålla täckmaterialet på plats. Med blockbredd avser man avstånd mellan vattenrännor och med spannbredd menas det fria avståndet mellan bärstolpar. Beroende på hur många block per spann man har kan man prata om 2- eller 3-spann. Tidigare var det vanligt att blockbredden var 3,2 meter och 3-spannkonstruktion varvid spannbredden blev 9,6 m. I dagsläget byggs allmänt med blockbredden 4 m och 2-spann, spannbredden blir därmed 8 m. Blockväxthus förses normalt med isolations-/skuggardiner som dras för under mörka timmar och vid användning av plantbelysning för att minska energiutsläpp från växthuset. Blockväxthusens takkonstruktion innebär att snö samlas mellan blocken och kan avlägsnas enbart genom avsmältning. I växthus som hålls uppvärmda året om är detta inget problem eftersom snön smälter vartefter. I växthus med odlingsuppehåll under den kallaste vinterperioden däremot är man tvungen att ha ett separat smältsystem, som startar upp snösmältningen vid nederbörd för att avlägsna snötyngder. Figur 5-3. Blockväxthus Plastväxthus Liitto- modellen Den första varianten gick under benämningen Kauhajoki-hus, men fick sin nuvarande form under slutet av 1970-talet. Stommen är tryckimpregnerade limträbågar med dubbel folietäckning. Till att börja med åstadkoms luftspalten genom att spänna snören i foliens längdriktning mellan skikten varvid den inre folien spändes inåt och man fick den isolerade luftspalten. Småningom började man blåsa in luft mellan folieskikten och därmed fick man en effektivare luftspalt.

55 S i d a 54 Figur 5-4. Liitto-plastväxthus Steelmark plastväxthus Steelmark Ab är ett företag i Övermark, Närpes som specialiserat sig på växthuskonstruktioner och -byggande både med plastfolie- och glastäckning. Stomkonstruktionen är en svetsad, galvaniserad stålkonstruktion med god hållbarhet. Man har i bägge fallen utgått från en likartad konstruktion. För plastväxthusens del blev det ett rejält nytänkande med raka, vertikala sidoväggar. Detta betydde att man fick bättre sidohöjd, vilket var av stor betydelse speciellt för högre kulturer som tomat och gurka. Dessutom utvecklade man ett eget profilsystem i aluminium för infästning till stålkonstruktionen och som speciellt förenklade foliemonteringen. Konstruktionen medger en god genomsläpplighet och blev därför snabbt ett snabbt växande inslag i växthusnäringen.

56 S i d a 55 Figur 5-5. Steelmark plastväxthus REO plastväxthus REO-TUOTE Oy tillverkar plastväxthus i galvaniserad stålkonstruktion sedan 1970-talet och har byggts i större omfattning speciellt under senare tid. Trots sin runda bågform har den relativt gott om sidohöjd. Konstruktionen kan fås i bredder upp till 25 m och ger god ljusinstrålning. Täckmaterial är vanligtvis dubbel plastfolie, men även polykarbonat dubbelskiktskiva erbjuds som alternativ. Figur 5-6. REO plastväxthus Multispan växthus i plast (blockväxthus) På marknaden finns i dag ett flertal utländska tillverkare av blockväxthus med folietäckning. De som byggts i våra trakter är dock ganska likartade med en spannbredd på

57 S i d a 56 9,6 m. Dessa har en lätt byggnadskonstruktion med goda ljusinsläppsegenskaper. Plastinfästningen är också speciell såtillvida att man spänner folien i längdriktningen av huset i max. ca 35 m långa enheter, vilket betyder att infästning till de enskilda bågarna ej finns. Luftspalt mellan dubbelfolien åstadkoms med övertryck från luftfläkt. Därmed kommer den yttre folien att lyfta från fackverken medan inre folien trycks mot fackverken. Figur 5-7. Multispan plastväxthus. 5.3 Täckmaterial För växthusens täckning används i dag i huvudsak fyra olika typer av material. Glas, plexiglas (Akryl), polykarbonat och plastfolie Glas För traditionella glasväxthus används glas av storleken 700x900 mm med tjockleken 4 mm. Kvaliteten är s.k. IV klass glas med lägre krav på noggrannhet. Infästningen till aluminiumspröjsarna sker i ytterkanterna med överlappning i längdled. I blockväxthus däremot anpassas storleken till konstruktionen i hela glaselement från vattenränna till nockprofil, alt. taklucka. Infästningen är runtom hela glaset, vilket också ger en större hållbarhet åt glaset. Michael Söderlund Förbättrade egenskaper hos glas U-värdet minskar vid installation av dubbelglas vilket reducerar värmeförluster genom konvektion och värmeledning med 42 %. Nackdelen är att ljusgenomsläppligheten minskar med 10 %. Denna reduktion av naturligt ljus är kostsam för odlare eftersom den reducerar fotosyntesen och därmed produktionen förutsatt att den inte kompenseras med kostsam

58 S i d a 57 konstbelysning. Försök att undgå ljusförluster vid installation av dubbelglas har utförts under en lång tid, men fram till nu har inga lämpliga lösningar funnits (Hemming, o.a., 2011). Hemming m.fl. publicerade år 2011 en rapport i vilken de undersökte hur dubbelglas installationer kan modifieras för att upprätthålla samma goda ljusgenomsläpplighet som enkelt glas. Resultat ges i följande stycken Antireflektor När ljus infaller på en gränsyta mellan två olika medier reflekteras det alltid i någon grad. Ljus som reflekteras byter riktning, vilket innebär att enbart en viss andel passerar in i det nya mediet. Genom att applicera en antireflektor på t.ex. en glasyta kan detta fenomen undvikas. Den grundläggande principen bakom en antireflektor kallas destruktiv interferens. Om beläggningen har tjockleken av en fjärdedelsvåglängd kommer vågorna från framsidan och baksidan av mediet att vara i otakt och därmed ta ut varandra och det bildas ingen synlig reflektion. Antireflektorer har hittills främst använts till kameralinser, glasögon och solceller. (Richards, 2008) Utförande Studien inleddes med att undersöka olika glastyper kombinerade med olika antireflektorer. De glastyper som testades var växthusglas, växthusglas 90+ och järnfritt växthusglas. De antireflektorer som användes kom från tre olika tillverkare: SA, CS och GG. Växthusglasen som fått förkortningen CS tillverkas av CentroSolar Glass GmbH & C som är ett dotterbolag till det tyska företaget CentroSolar Group AG. Produkten GG tillverkas av GroGlass som har sin fabrik belägen i Riga, Lettland. Antireflektorerna applicerades på glasskivorna med hjälp av förstoftning eller etsning. Ljusegenskaperna för olika kombinationer av glas och antireflektor undersöktes både för enkelt och dubbelt glas. För att undersöka energibesparingsmöjligheterna användes ett datasimuleringsprogram som var baserat på KASPRO. KASPRO är i sin tur en vetenskaplig modell som noggrant simulerar växthusets klimat och beräknar energikonsumtionen. Programmet simulerade Holländska klimatförhållanden. Programmet simulerade även täckmaterialens inverkan på tomatplantor dvs. produktionen. För denna simulering användes enbart den mest kompetenta antireflektorn och målet var att få fram en produkt som höjde ljustransmissionen samtidigt som den sänkte U-värdet jämfört med obehandlat enkelglas Resultat Antireflektorer från tillverkaren GG ansågs ha de bästa egenskaperna och valdes därför för fortsatt undersökning. Orsaken var en ökad transmission av hemisfärisk PAR-strålning på 7,3 7,4 %, till skillnad från SA som höjde den hemisfäriska PAR-strålningen med 6,8 %. CS och GG ökade båda transmissionen av PAR-strålning över hela spektret, men GG kunde till skillnad från SA, delvis blockera UV-strålning och NIR-strålning. Från Tabell 5-1 framkommer också att det är möjligt att tillverka dubbelglas som t.o.m. har bättre ljustransmission än enkelt glas utan antireflektorer.

59 S i d a 58 Tabell 5-1 Optiska egenskaper för olika glas inklusive antireflektorer (CS, SA och GG) (Hemming, o.a., 2011) I det andra skedet av studien undersöktes prototyper tillverkade av GG. Prototyperna var klädda med antireflektorer (AR) som delvis reflekterade NIR-strålning och i vissa fall även med lågemissivitetbeläggning (lowε) för hög NIR-reflektion. Från Tabell 5-2 framkommer att lågemissivitetbeläggningen sänker transmissionen samtidigt som den höjer U-värdet (kvalue) och NIR-reflektionen. Det finns även ett starkt samband mellan hög NIR-reflektion och lågt U-värde. Från simuleringen av en tomatodling kunde det bl.a. konstateras att dubbelglas med låg emissivitetsbeläggning orsakade ett större avfuktningsbehov. Orsaken var att kondensationen mot täckmaterialet minskade p.g.a. täckmaterialets högre temperatur. En annan iakttagelse var en lägre CO 2 -halt. Detta berodde dels på ett lägre energibehov, pga. holländska förhållanden där CO 2 genereras med naturgas och dels på ett större ventilationsbehov samt högre temperatur och fuktighet. Under sommarperioden kunde inga energibesparingar noteras p.g.a. att det låga U-värdet orsakade större ventilationskrav. Tabell 5-2 Optiska egenskaper för glas av tillverkaren GG med antireflektorer och låg emissivitet beläggning (Hemming, o.a., 2011)

60 S i d a 59 I simuleringen var referensproduktionen av tomat 8,3 kg TS/m 2, dvs. vid odling med enkelt glas. En ökad mängd PAR-strålning som följd av installation av enkelt glas med antireflektorer ökade produktionen till 9,0 kg TS/m 2. Dubbelglas med antireflektorer gav samma resultat som enkelt glas utan antireflektorer, eftersom CO 2 -halten minskade. Dubbelglas med antireflektorer och låg emissivitet beläggning orsakade en reduktion i produktionen. Orsaken var minskad PAR-strålning och CO 2 -halt. Författaren påpekar dock att problemet kan delvis undvikas om växthuset använder sig av ren CO 2. Endast AR-ARlowε-AR gav en lägre produktion än referensen. Under holländskt klimat kunde en reduktion noteras av energibehovet trots att ventilationsbehovet ökade. AR-AR-AR-AR bidrog med en energireduktion på 25 % medan AR-AR- lowε-ar reducerade energikonsumtionen med hela 33 %. AR-AR visade dock en högre energikonsumtion p.g.a. reduceringen av NIR-strålning under uppvärmningsperioden. Tabell 5-3 redogör för ytterligare beräkningar som dataprogrammet simulerat. Tabell 5-3. Övriga beräknade värden (Hemming, o.a., 2011) De årliga inbesparingarna räknades även ut under simuleringen. Vad som beaktades var den årliga skörden och energianvändningen. Faktorer som arbete, vattenförbrukning, näringstillförsel, växtskydd, växtunderlag, packning och aktionskostnader beräknades även enligt den årliga skörden med hjälp av medelvärden för holländsk växthusodling. Beräkningarna visade att AR-AR gav en inbesparing på 2,19 /m 2 medan AR-AR-AR-AR gav en något högre inbesparing på 2,51 /m 2. (Hemming, o.a., 2011) Diskussion Studien visar klart och tydligt att egenskaperna hos dubbelglas går att förbättra. (Möller Nielsen, 2008), uppskattade att U-värdet för dubbelglas skulle vara 4 W/(m 2 C) och att ljusgenomsläppligheten skulle vara 81 %. (Hemming, o.a., 2011), redogör dock för motsvarande värden på 3,61 W/(m 2 C) och 93 % för AR-AR-AR-AR samt 2,37 W/(m 2 C) och 87 % för AR-AR- lowε-ar, vilket är en klar förbättring. De som utförde undersökningen valde dock att fokusera på antireflektorer som reflekterade NIR-strålning. Eftersom växthusodlare välkomnar solens värmande effekt vintertid i Finland, så är GG reflektorer nödvändigtvis inte de bästa för nordiska klimat. CS-reflektorerna hade samma

61 S i d a 60 ljus transmittans av PAR-strålning som GG, men blockerar inte NIR-strålningen i samma grad. Växthusglasen med förkortningen CS är främst glas med lågt järninnehåll, men tillverkaren har även produkter med enkel- eller dubbelsidiga antireflektorer. I undersökningen ovan presenterades ett värde för ljusgenomsläpplighet på 95,9 % för enkelt glas med dubbla antireflektorer. På företagets hemsida uppges dock ljusgenomsläpplighetsvärden på 99,4 % för PAR-strålning för samma typ av glas (CentroSolar Glass GmbH & C, 2011) (Centrosolar Group AG, 2011). Produkten GG:s tillverkare har växthusglas som utvecklats tillsammans med Dr. Silke Hemming vid Wageningen UR Greenhouse Horticulture. Företaget uppger att deras produkt ökar PAR-strålningen med 8 % och minskar värmebelastningen från solen med 5 % jämfört med obehandlat glas (SIA GroGlass, 2011). Övriga producenter av växthusglas försedda med antireflektorer är t.ex. Guardian och Scheuten Solar (personlig kommunikation med dr Silke Hemming, Wageningen UR Greenhouse Horticulture ). Priset på dessa produkter uppskattades till 8 12 /m 2 mer än vanligt växthusglas av dr Silke Hemming (personlig kommunikation och ). Om ett ungefärligt standardpris används hamnar priset på /m 2 för enkelt glas och /m 2 för dubbelglas. Ingmar Bäckström Akrylskiva Allmänt namn är plexiglas. I och med att energikostnaderna ökade under 1970-talet började man tillverka täckmaterial i akryl som är en dubbelkanalplatta med bättre isoleringsegenskaper än glas. Akrylskivan är styv i konstruktionen och har relativt dålig slag- och brandtålighet. Allmänna trenden är att akrylskivor installeras i ståndsidor och glas i takytor Polykarbonatskiva Dessa liknar till konstruktionen akrylskivan, men är böjlig och har god slagtålighet. Den lämpar sig inte för installation i traditionella spröjsar utan har närmast kommit till användning i rundade bågkonstruktioner och träkonstruktioner där man kan skruva fast skivorna Plastfolie När plastfolietäckning kom in i bilden var det närmast som ett billigt täckmaterial som dessutom sänkte energiförbrukningen eftersom den monterades dubbel med luftspalt emellan. Luftspalten erhålls i dag genom att åstadkomma ett övertryck mellan de båda skikten. Folien är en PE-folie som försetts med UV-stabiliserande medel för att få bättre

62 S i d a 61 hållbarhet mot solstrålning, samt mjukgörare för att få en smidig och seg plast som klarar låga temperaturer. Plasten går allmänt under beteckningen EVA (Etyl-Vinyl-Acetat) och har under åren utvecklats med antifog egenskaper som gör att fukt bildar större droppar och rinner av utan att bilda imma som sänker ljusgenomsläppligheten. Dagens plastfolie har en praktisk livslängd på 5 6 år och byts därefter Uretan väggelement I blockväxthusanläggningar väljer man oftast att bygga även servicebyggnaderna i motsvarande konstruktioner. Eftersom man inte är beroende av ljusinstrålning väljer man då att, i ståndsidor, använda isolerade väggelement med uretanfyllning och brännlackerad plåt ut- och invändigt. Därmed minimerar man också energiförbrukningen. I taket används dock glas, för att kunna smälta bort snön, i kombination med isolationsgardiner. Tabell 5-4. Egenskaper för de vanligaste täckmaterialen för växthus Värdena kan variera beroende på tillverkarnas uppgifter. Täckmaterial U-värde Ljusgenomsläpplighet, (%) Livslängd Brand- Slagtålighet W/(m 2 C) Nyvärde Efter 5 år (år) tålighet Glas 4 mm 7, >20 God Dålig PE-folie 0,2 mm 8, >5 Dålig God PE-folie 2x0,2 mm 4, >5 Dålig God Polykarbonat 10 mm 3, >10 God God Plexiglas 16 mm 3, >10 Dålig Dålig Plexiglas (Alltop) 16 mm 2, >10 Dålig Dålig Uretan väggelement 65 mm 0, >10 God God Uretan väggelement 85 mm 0, >10 God God 5.4 Servicebyggnad I och med att växthusenheterna blir större ställs också större krav på servicebyggnadens planering. Vid byggande av blockväxthus bygger man oftast även servicebyggnad som blockväxthus och inreds efter behov. För att minska energiförbrukningen väljer men att klä ståndsidor med isolerade element i målad stålplåt med polyuretanisolering. I taket används glas, kompletterat med isolationsgardiner. När anläggningarnas storlek ökar, ökar också gång- och transportavstånd, varför placeringen får en större betydelse. I planeringen bör man också ta i beaktande framtida utvidgningar.

63 S i d a Utrymmen att beakta vid planeringen Arbetshall. Arbets- och lagerhallens storlek är beroende av odlingskultur. Exempelvis sorterings- och krukningsmaskiner kräver oftast stora utrymmen. Bevattningsutrymme. I större anläggningar behövs en eller flera större vattenbassänger, gödselblandare och -bassänger, lagring av gödsel och vattenreningsanordningar. Kylrum. I dagens odling är kylrum en nödvändighet. Lagringsvolymen bestäms av lagringsmängd mellan leveranser. Avfallshantering. I odlingen produceras relativt stora mängder avfall i form av blast, plantrester mm varför ett separat utrymme för avfallsvagn är att föredra. Lagerrum. Beroende på odlingsinriktning kan också behövas lagerutrymmen för olika ändamål. Dock bör alltid finnas ett lagerrum för reservdelar och småtillbehör som alltid bör finnas i anläggningen. Kontors- och datarum. Kontorsfunktionen har fått en allt större betydelse i växthusanläggningarna med ökad storlek. Dessutom är anläggningarna försedda med avancerad datastyrning som behöver rena utrymmen med jämnt klimat. Sociala utrymmen. Anställd personal medför att sociala utrymmen behövs enligt myndigheternas krav. Omklädnings-, tvätt- och toalettutrymmen bör finnas i förhållande till personalens storlek.

64 S i d a 63 Figur 5-8. Exempel på ett växthus med servicebyggnad. Michael Söderlund 5.5 NIR-filter Täckningsmaterial för växthus som kan reflektera eller absorbera infraröd strålning har under de senaste åren blivit tillgängliga på marknaden. Genom att använda dessa material kan odlaren undvika att växthuset blir för varmt när solljuset är starkt. Enbart hälften av solljusets som tränger in i växthuset är av de våglängderna som plantorna behöver för sin fotosyntes, resten av solljuset värmer enbart upp ytorna som de träffar. Grödorna kan tillgodogöra sig 95 % av PAR-strålningen, den strålning som inte används i växternas fotosyntesprocess bildar värme. NIR-strålningen reflekteras till 50 % när de träffar grödorna, men kan dock absorberas av växthusets byggnadskonstruktioner och underlag. Genom att förhindra att NIR-strålningen tränger in i växthuset kan då problemen med överhettning undvikas. Det kan å andra sidan ibland vara önskvärt att värma växthuset med hjälp av solljus och detta gäller speciellt växthus i nordliga länder under vintern. Variationer i önskad mängd NIR-strålning har lett till utveckling av mobila NIR-filter. För att skapa NIR-filtrerande material finns ett stort urval av additiv (tillsatser) som lämpar

65 S i d a 64 sig för olika applikationer. Den teoretiska bakgrunden kan anses vara av sekundärt intresse för rapportens målgrupp och har därför beskrivits mycket kortfattat. I denna rapport har det fokuserats på de resultat som hittills erhållits vid praktiska försök vid växthusodling Teoretisk bakgrund Ljus eller elektromagnetisk strålning som träffar ett objekt kan reflekteras, absorberas eller transmitteras. Alla tre kan ske fullständigt eller delvis över hela det elektromagnetiska spektret. Forskning inom området har lett till utveckling av filter specialanpassade för att kontrollera t.ex. växthusklimat. (Bendiganavale, o.a., 2008) NIR-strålningen sträcker sig upp till våglängder på 2500 nm, men mängden NIR-strålning från solen är inte jämt fördelad över dessa våglängder. Studier har visat att 35 % av den oönskade NIR-strålningen kan återfinnas i intervallet nm, vilket ger vägledning om hur NIR-filtren bör utformas för att kunna erhålla en lägre temperatur i växthusen. (Kempkes, 2011) NIR-filter är täckmaterial eller plastfilmer som innehåller speciella additiv. Dessa additiv kan delas upp i oorganiska reflekterande och organiska absorberande ämnen. Komplexa organiska pigment används ofta för att reflektera våglängder som hör till det infraröda området, samtidigt som de selektivt reflekterar det synliga ljuset (PAR-strålning). Även IR reflekterande pigment används, dessa pigment karakteriseras av god resistans mot ozon, syra och värme. En av de mest lämpliga reflektorerna för växthus är kadmium stannate filmer på kvarts plattor, den har upp till 90 % reflektion av NIR-strålning samtidigt som den har god transparens av synligt ljus (Bendiganavale, o.a., 2008). (Wang, o.a., 2004) räknar i sin rapport upp en rad olika organiska NIR-absorbenter. I författarnas beskrivning av applikationer nämns inte klimatstyrning överhuvudtaget utan snarare diverse elektroniska applikationer Litteraturundersökningar För att få en uppfattning om hur NIR-filter påverkar växthusklimatet undersöktes diverse forskningsrapporter gällande ämnet. Forskning kring NIR-filters potential att minska värmebelastningen i växthus har skett aktivast i tropiska regioner. Eftersom vår målgrupp är odlare i nordiskt klimat presenteras enbart forskning som skett under liknande klimatförhållanden Undersökning av 3M:s NIR-filter Kempkes m.fl. undersökte år M:s NIR-filter (gardiner) och för att skapa referensvärden användes parallella utrymmen utrustade med energigardiner av typen ILS ultra, Ludvig Svensson. Försöket utfördes i ett glasväxthus av typen Venlo i västra Holland. Växthuset var uppdelat i fyra utrymmen (2 x 3M + 2 x ILS). Under försöket reglerade växthusets klimatstyrningsanordning temperaturen med hjälp av gardinerna samt ventilation. Bevattning, belysning och CO 2 -tillförsel kontrollerades även av klimatstyrning. Regleringen av luftfuktighet hade dock stängts av. (Kempkes, o.a., 2008)

66 S i d a 65 NIR-filtret släppte igenom 87 % av PAR-strålningen samtidigt som den reducerade energibelastningen från diffus NIR-strålning med 40 % och direkt NIR-strålning med 30 %. På grund av växthusets automatiska reglering av ventilation, värme och CO 2 - koncentration kunde inga skillnader i växthusklimatet noteras, däremot kunde automationens klimatstyrning undersökas. Data från automatiken visar att referensutrymmet ventilerades 5 10 % oftare än de utrymmen som var utrustade med NIRfilter. NIR-filtret hade även en positiv effekt på CO 2 -gödslingen eftersom CO 2 - koncentrationen var 50 ppm lägre i referensutrymmet. Luftfuktigheten var också konstant en aningen lägre för utrymmet med NIR-filter, vilket var en följd av reducerad transpiration. En lägre transpiration dagtid ansågs bero på en lägre energibelastning från solen, eftersom mängden tillgängligt vatten var den samma för de båda utrymmena. Mätningarna varade endast två dagar i denna undersökning vilket gjorde växternas respons svår att bedöma. En resultat sammanställning presenteras i Tabell 5-5. (Kempkes, o.a., 2008) Tabell 5-5. De genomsnittliga transmissionsegenskaperna och reflektionen från grödorna [%] för diffust ljus, från materialen samt anläggningens respons. PAR- och globalvåglängd mättes, flödestätheten för NIR beräknades som differensen av de två övriga och NIR-våglängden uppskattades (Kempkes, o.a., 2008) Författarna avslutar med att påpeka att noggrannare energibalans måste fastslås samt att kvaliteten på växterna och skörden måste undersökas under tillämpning av NIR-filter. Växternas nedsatta transpiration ger möjlighet till effektivare vattenanvändning, vilket är önskvärt i torra regioner. Växternas låga transpiration leder till lägre fukthalt, vilket i sin tur ger möjlighet till energieffektivare klimatstyrning i tempererade områden. (Kempkes, o.a., 2008) NIR-reflektion kombinerat med solenergi Sonneveld m.fl. publicerade år 2007 en rapport i vilken de undersökte tre olika NIR-filter och möjligheten att koncentrera den reflekterade strålningen till en solcell. Alstrad elektricitet skulle då kunna driva mekaniska kylanordningar som t.ex. fläktar. (Sonneveld, o.a., 2007) Resultatet från denna undersökning presenteras i Figur 5-9, ur vilken man kan utläsa att man kunde reducera värmebelastningen med en faktor två. Grafen visar även en nedsatt

67 S i d a 66 transpiration som skulle innebära ett mindre behov för avfuktning. Resultatet var dock baserat på en datorsimulering. (Sonneveld, o.a., 2007) Om man vill fördjupa sig i denna undersökning kan man läsa i rapporten (Sonneveld, o.a., 2007). Figur 5-9. Beräknade resultat av den globala strålningen på en molnfri dag den 25 juni i Holland, värmebelastningen inuti växthuset och den korresponderande kylningseffekten av tomatplantors transpiration med datorsimuleringsprogrammet KASPRO. ( ) Global strålning, ( ) värmebelastning inuti växthuset, ( ) transpiration, (- - -) värmebelastning inuti växthuset med NIRfilter, (- - -) transpiration med NIR-filter. (Sonneveld, o.a., 2007) NIR-filter strategi för milda klimat I Kempkes rapport från år 2009 framkommer att NIR-filter även har potential att fungera i milda klimat, under vissa förhållanden. Forskningen är baserad på en datorsimulering där de använt NIR-reflektionskoefficienter på 0, 0,5 och 1. Deras beräkningar beaktade dock inte den något nedsatta PAR-strålningen. Beräkningarna simulerade inomhustemperatur, - fuktighet, transpiration och CO 2 -koncentration i växthus för odling av tomat. Tidsperioderna som simulerades var vinter ( ) och sommarperiod ( ) i både nord- och sydeuropeiskt klimat. Det nordeuropeiska växthuset (jämförbart med finländska växthus) var utrustat med klimatstyrning medan det sydeuropeiska enbart hade naturlig ventilation (Kempkes, o.a., 2009). Endast resultatsammanställningen från det nordeuropeiska växthuset presenteras i denna rapport. Vill man ytterligare fördjupa sig i undersökningen kan man läsa i rapporten (Kempkes, o.a., 2009). Det nordeuropeiska växthuset var utrustat med klimatstyrning, vilket resulterade i små skillnader i t.ex. temperatur. Resultaten som erhölls från vinterperioden var ett ökat värmebehov för att upprätthålla börvärdet på 23 C. Energikonsumtionsökning var 4,5 %

68 S i d a 67 respektive 9,8 % för de olika filtren. Eftersom tomatplantorna var unga var transpirationen naturligt låg. Reduktionen i transpiration var 6 % respektive 11 %. (Kempkes, o.a., 2009) Under sommarperioden kunde en högre CO 2 -halt erhållas eftersom ventilationsbehoven minskade. Under dagtid kunde en CO 2 -koncentration på 770 ppm erhållas med en NIRreflektion på 100 %, medan referenskoncentrationen låg på 670 ppm. Fenomenet beror delvis på en ökad tillgänglighet på CO 2, som följd av ökad naturgaskonsumtion. Den ökade naturgaskonsumtionen (energikonsumtionen) beror inte enbart på lägre temperatur, utan även på ett ökat avfuktningsbehov, som följd av minskad ventilering. Avfuktningen startade automatiskt när luftfuktigheten överskred 85 % och med ett 100 % NIR-filter ökade antalet timmar med för hög fuktighet från 360 till 810. Transpirationen hos växterna minskade dock med 16 % respektive 33 %. (Kempkes, o.a., 2009) Figur Medelvärde för växthusets temperatur (T air), CO 2 -koncentration, relativ luftfuktighet och växternas transpiration för sommarperiod i Holland. (Kempkes, o.a., 2009)

69 S i d a 68 Figur Medelvärde för växthusets temperatur (T air), naturgaskonsumtion (gas use), relativ luftfuktighet och växternas transpiration för vinterperiod i Holland. (Kempkes, o.a., 2009) Placering av NIR-filter Frank Kempkes publicerade en artikel i tidskriften FlowerTECH (2008, no. 2) i vilken han bl.a. diskuterar placeringen av NIR-filter. Han lyfter fram att NIR-filter kan upprättas både innanför och utanför växthuset och lyfter fram dess för- och nackdelar. En nackdel som uppstår oavsett vilken placering som väljs är att även PAR-strålningen avtar i viss mån, vilket även reducerar tillväxten. Fördelarna med att ha NIR-filter som gardiner placerade på växthusets insida är flexibiliteten, vilket kan vara en stor fördel under vinterhalvåret samt under mindre soliga dagar. Nackdelarna är att gardiner kan försämra ventilationsmöjligheterna i växthuset. Nackdelarna med att placera NIR-filter på utsidan av växthuset är att dessa filter är tekniskt mer komplicerade, upphängningskonstruktionen skapar skuggningar och de utsätts lätt för skador orsakade av klimatet. Genom att placera NIR-filtren på utsidan kunde dock vissa problem som beskrivs i kapitel undvikas. (Kempkes, 2011) Problem Kempkes, F (2011) beskriver i sin artikel Disappointing effect of NIR filter in greenhouse cover on greenhouse climate en rad problem med de nuvarande NIR-filtren. Det första problemet är den klassiska växthuseffekten och berör NIR-filter med reflekterande additiv dvs. solljuset stängs in i växthuset. Växterna reflekterar naturligt 50 % av NIRstrålningen, men p.g.a. dessa nya filter så reflekteras den annars utgående NIR-strålarna in i växthuset tillbaka. Denna dubbelreflektion bidrar till att nettoeffekten av filtret blir

70 S i d a 69 mycket liten. Det andra problemet gäller NIR-reflektorer med absorberande additiv. Dessa täckmaterial blir mycket varmare än traditionella material och beräkningar visar att stora delar av den utestängda strålningsvärmen kommer in i växthus i annan form. Dessa filter fungerar under vintern men under sommaren kan de t.o.m. orsaka förhöjd temperatur. (Kempkes, 2011) Diskussion Den information som presenteras om NIR-filter i denna rapport är tvetydlig. Tvetydigheten torde bero på att resultaten från de tidigare forskningarna delvis var baserade på datasimuleringsprogram (Sonneveld, o.a., 2007) (Kempkes, o.a., 2009). Den mest aktiva forskaren inom området Frank Kempkes publicerade år 2011 en artikel som presenteras i kapitel 5.5.4, i vilken han framhäver brister som inte framkommit i hans tidigare publikationer. Även om hans tidigare forskning delvis var baserad på praktiska försök som gett positiva resultat (Kempkes, o.a., 2008), kan man inte förbise hans artikel från år Den tydligaste fördelen med NIR-filter är den nedsatta transpirationen hos växterna, vattenbrist är hur som helst inte ett påtagligt problem i Finland och därför kan dessa filter vara svårmotiverade p.g.a. diverse bieffekter. En något nedsatt temperatur noterades även i flera försök, vilket i sin tur ledde till att växthuset kunde hållas stängt längre perioder. Detta ledde till att en högre CO 2 -halt kunde hållas inuti växthuset. Men detta sker på bekostnad av en något lägre PAR-strålning och huruvida växternas tillväxt verkligen gynnades framkommer inte. Växthus i Finland kunde göra stora energiinbesparingar om de kunde kontrollera luftfuktigheten på annat sätt än ventilation. Huruvida NIR-filter verkligen kan användas för att kontrollera luftfuktigheten framkommer inte i litteraturen, eftersom försöken gett olika resultat (Kempkes, o.a., 2008) (Kempkes, o.a., 2009). Luftfuktighetsproblemen är även mest belastande vintertid då de till stor del orsakas av konstbelysningen. Under de perioder då NIR-filtren sänker transpirationen finns hur som helst ett värmeöverskott i huset.

71 S i d a 70 Paulina Kaivo-oja 6 Växthusgardiner Växthusgardinsystem består av paneler som kan rullas ut för att täcka växthusets ytor. Växthusgardinerna kan användas för skuggning, ljusblockering, energibesparing m.m. och det finns olika modeller man kan välja mellan. Det finns olika tillverkare av växthusgardiner. Gardiner tillverkade av det svenska företaget Ludvig Svensson är vanliga i Österbotten. De tillverkar gardiner för olika syften och erbjuder gardiner som passar alla växthusförhållanden. Bonar Technical Fabrics och Polysack Plastic Industries är också välkända och även de har många olika gardinmodeller att erbjuda. (Fabrics, 2011) (Ludvig Svensson Ab, 2011) (Polysack, 2011) Med gardiner kan man skapa ett isolerande extra lager över plantorna inne i ett växthus. Detta minskar också på värmeförlusterna från växthuset till omgivningen och kan enligt Ludvig Svensson också förbättra växthusklimatet. För att spara så mycket energi som möjligt måste gardinen som används vara så tät som möjligt. Dock inte så tät att fukt- och kondensationsproblem uppstår. (Ludvig Svensson Ab, 2011) Gardiner för skuggning och värmebevaring (energigardiner) kan vara gjorda av vit polyester, polyeten eller av tyg sammansatta och tillverkade speciellt för användning som växthusgardiner. Skuggningsgardiner används för att minska på den direkta strålningen och den allmänna ljusnivån i växthuset medan energigardiner används främst för att minska på energiförbrukningen. Energigardinerna blockerar mera ljus (dvs. sparar mera belysningsenergi) ju tätare de är men samtidigt som gardinerna blir tätare blir det svårare för värme och fukt att tränga igenom och detta kan skapa problem med växthusklimatet. (Bakker, o.a., 1995) Det vita polyestertyget har en bra hållbarhet och växthusgardiner gjorda av detta material sägs kunna användas i över 15 år. De vita polyestergardinerna har i stor utsträckning ersatts av komposittyger med växelvis klara och aluminiserade polyester remsor. Dessa tyger reflekterar ljus bättre tack vare aluminiumremsorna och har därför konkurrerat ut den vita polyestergardinen. (Bakker, o.a., 1995)

72 S i d a 71 Figur 6-1. Figuren visar en gardin med växelvis aluminiserade och klara polyesterremsor. (Fabrics, 2011) Olika gardinmodeller har olika täthet på aluminiumremsorna se Figur 6-3. Ju flera aluminiumremsor som finns i gardinen desto mera energi borde gardinen spara. Gardinerna innehåller ibland också flamskyddsmedel och är UV-resistenta. (Ludvig Svensson Ab, 2011) Figur 6-2. Figuren visar en gardin med växelvis aluminiserade och klara polyesterremsor. (Ludvig Svensson Ab, 2011)

73 S i d a 72 Figur 6-3. Tillverkaren Ludvig Svensson har många olika varianter av energigardiner som alla har olika egenskaper. (Ludvig Svensson Ab, 2011) Mörkläggningsgardiner används främst för att hindra solljus från att komma in i växthuset. De kan vara gjorda av samma material som energigardiner men är oftast tätare än energigardiner för att hindra ljus från att tränga sig igenom gardinen. Polyeten är det billigaste materialet att göra mörkläggningsgardiner av men släpper igenom vatten dåligt, vilket gör att det kan bildas vattenfickor på gardinens ovansida ifall det regnar och växthuset läcker. Polyestergardiner är därför ett bättre alternativ då dessa släpper igenom vatten bättre. (Bakker, o.a., 1995) Ingmar Bäckström I glasväxthus installeras allmänt gardiner som komplement till täckmaterialet. Oftast är det den primära målsättningen som bestämmer typ av gardiner: isolation, skuggning eller mörkläggning. I samtliga fall har de en energiförbrukningsnedsättande effekt, som är beroende av vävmaterial. I moderna växthus installeras de så att takytorna kan dras för separat från vägg- och gavelytor och därmed erhåller man även en mångsidigare användning. Isoleringseffekten är beroende på vävtyp som användes, samt användningsintensiteten. Vanligtvis är gardinerna fördragna under dygnets mörka timmar när man inte i övrigt har vegetativt ljus till förfogande, samt i belysningsodlingar vid låga

74 S i d a 73 utetemperaturer även dagtid. I praktiken ger normala skugg- och isolationsgardiner en inbesparing av nettoenergiförbrukningseffekten med % beroende på användningsintensitet. Figur 6-4. Gardinernas placering. Paulina Kaivo-oja 6.1 Äldre undersökningar Man började intressera sig för växthusgardiner redan på 1970-talet då oljekrisen inträffade. B.J. Bailey och K.W. Winspear skrev år 1978 en artikel vid namn Thermal screens for greenhouse energy effectiveness. I artikeln konstateras bland annat att den största energibesparingen fås då gardinerna är ogenomträngliga och har en metallbeklädd yta, men att en dylik gardin kan försämra växthusklimatet. För att undvika ett försämrat växthusklimat måste man därför hitta en balans mellan energibesparing och fukthalt inne i växthuset. (Winspear, et al., 1976) B.J. Bailey hade två år innan, år 1976 utfört försök med olika slag av gardiner för att ta reda på hur energieffektiva de var. Växthusgardiner av fem olika material jämfördes: aluminiserad polyeten, polyeten innehållande aluminiumpulver, svart polyeten, klar polyeten och cellformig polyeten. Resultatet från undersökningen blev att den aluminiserade gardinen, som sparade 43 % energi, var den mest energieffektiva. Polyeten innehållande aluminiumpulver sparade 28 % energi; klar polyeten sparade 33 %; svart polyeten sparade 32 % och cellformig polyeten sparade 34 % energi. (Bailey, 1976)

75 S i d a Nyare undersökningar Gardiner i glashus i Nya Zeeland Som en del av projektet Improving Energy Efficiency in Greenhouse Vegetable Production utfördes en studie i glashus i Nya Zeeland. Det man ville ta reda på var effektiviteten och den ekonomiska lönsamheten för energigardiner. Beräkningar gjordes med hjälp av data som dokumenterats av två växthuskontrolldatorer under år Det ena växthuset fanns i Auckland medan det andra fanns i Christchurch. Den energigardin som användes i försöket var en gardin som enligt tillverkaren skulle spara 50 % energi då den var i användning. Gardinerna togs i bruk alltid då temperaturen utanför växthuset gick ner till 12 C och togs ur bruk på morgonen då ljusnivån uppgick till 100 W/m 2. (Nederhoff, o.a., 2006) Slutsatsen från försöket blev att gardinerna är effektiva om de används rätt. I växthuset i Auckland sparade man 15 % energi (eller 0,06 MWh/m 2 per år) med gardinerna, medan man i Christchurch sparade 20 % (eller 0,12 MWh/m 2 per år). Att mera energi sparades i Christchurch berodde på det kallare klimatet i Christchurch. Enligt beräkningar borde en energigardin som skall spara 70 % energi minska på energiförbrukningen med 27 % per år i växthuset i Christchurch. (Nederhoff, o.a., 2006) En kostnadsnyttokalkyl visade att med de dåvarande bränslepriserna sparade inte den testade energigardinen tillräckligt med energi på vintern för att det skulle vara ekonomiskt lönsamt med gardiner i växthusen, då man i Nya Zeeland inte har möjlighet att få ekonomiskt bidrag för installering av växthusgardiner. Beroende på vilken typ av bränsle som används, var i Nya Zeeland växthuset är beläget och hur optimalt gardinerna används, tar det mellan 5 och 29 år att tjäna in energigardininvesteringen. Det konstaterades att ju längre och kallare vintrar ett land har, desto mera effektiva är energigardiner, både vad gäller energibesparing och ekonomisk lönsamhet. (Nederhoff, o.a., 2006) Studien tittade även på två andra växthusodlare som använde energigardiner i sina växthus. Dessa gardiner kontrollerades inte lika noggrant som i de tidigare nämnda växthusen och gardinerna drogs ifrån redan några timmar innan gryningen. På slumpvis utvalda dagar i augusti sparade båda växthusen 1,5 MJ/m 2 per dag men det noterades att andra nätter hade odlarna varit tvungna att dra från gardinerna till 25 % pga. problem med fukt inne i växthusen. (Nederhoff, o.a., 2006) Gardiner i tunnelväxthus i Turkiet Studien, vars syfte bl.a. var att utreda effektiviteten hos växthusgardiner gjorda av klar polyeten och polyester, utfördes av Cukurova University i Turkiet under odlingssäsongen i tre likadana tunnelväxthus av plast i staden Tarsus. Det ena växthuset fungerade som kontrollväxthus och där installerades inga gardiner. I det andra växthuset

76 S i d a 75 installerades gardiner gjorda av polyeten och i det tredje växthuset installerades gardiner gjorda av polyester. Gardinerna i de båda växthusen installerades som Figur 6-5 visar. För att bestämma hur effektivt gardinerna bevarade energi inne i växthusen drogs gardinerna för kl och öppnades igen kl under hela försöksperioden. Temperatur, fuktighet, m.m. mättes och loggades av en dator. (Öztürk, o.a., 2003) Figur 6-5. Bilden visar växthusens storlek samt hur gardinerna installerades i växthusen. (Öztürk, o.a., 2003) Resultaten från studien visar att de högsta temperaturerna nattetid uppmättes i växthuset med polyestergardinerna, som kunde höja temperaturen inne i växthuset med 4,8 grader jämfört med då inga gardiner användes. Polyetengardinerna höjde temperaturen med 2,5 grader. Luftens relativa fuktighet var nattetid 79,8 % i växthuset med polyestergardin, 93,7 % i växthuset med polyetengardin och 91,7 % i växthuset utan gardin. I Figur 6-6 ses värmeförlusten för de tre växthusen. Polyetengardinens effektivitet var 16 % medan polyestergardinens effektivitet var 19,8 %, vilket betyder att polyestergardinen bevarade värme bättre än polyetengardinen. (Öztürk, o.a., 2003) Figur 6-6. Värmeförlusterna från de tre växthusen. (Öztürk, o.a., 2003)

77 S i d a Skuggningsnät från Polysack i Israel Försöket ville ta reda på dels hur bra en gardinmodell från Polysack var både sommar- och vintertid (hur bra den sparade energi vintertid och hur bra den skuggade sommartid). De gardiner som testades var dels Polysack 60 % aluminiumtäckt skuggningsnät och dels en 50 % ogenomskinlig skuggningsgardin som användes som referens. Gardinerna installerades i två växthus där rosor odlades. Resultaten från försöket sammanfattas i Tabell 6-1. (Peiper, o.a., 1995) Tabell 6-1. Resultaten från undersökningen (Peiper, o.a., 1995) Resultaten visar att skuggningsnätet är sämre vad gäller energibesparing än referensgardinen. Skuggningsnätet är som namnet säger ett nät, vilket gör att mycket energi kommer ut genom det (se Figur 6-7).

78 S i d a 77 Figur 6-7. Bilden visar ett Polysack 60 % aluminiumtäckt skuggningsnät. (Polysack, 2011) SLS 10-gardiner av Ludvig Svensson i Frankrike Detta projekt utfördes i Nantes, Frankrike, och målet var att bedöma värdet av SLS 10- gardiner från Ludvig Svensson vad gäller energibesparing vid jordfri odling av gurkor i uppvärmda växthus. Gardinens tekniska data ses i Figur 6-8. I det försök som utfördes år 2002 användes gardinerna mestadels nattetid och i försöket som utfördes år 2003 användes gardinerna flitigt både nattetid och dagtid. Det växthus som gardinerna installerades i var 250 m 2 stort och 4,2 m högt. (Brajeul, o.a., 2004) Figur 6-8. Teknisk data för SLS 10-gardiner. (Ludvig Svensson Ab, 2011) I det första försöket, som utfördes , jämförde man alternativen att inga gardiner användes och att gardiner användes mestadels nattetid. Gardinerna drogs för en timme innan solnedgång och drogs ifrån en timme efter soluppgång ifall temperaturen utanför växthuset var lägre än 12 grader. Om utomhustemperaturen sjönk under 4 grader var gardinerna fördragna även dagtid. Öppnandet av gardinerna skedde stegvis med 1 % per minut upp till 30 % öppning. (Brajeul, o.a., 2004) I det andra försöket som utfördes jämförde man alternativet att inga gardiner användes med alternativet att gardiner användes både nattetid och dagtid. Gardinerna var fördragna nattetid från 90 minuter före solnedgång till 90 minuter efter soluppgång då temperaturen utanför växthuset var lägre än 18 grader och gardinerna var fördragna även dagtid ifall utomhustemperaturen var lägre än 15 grader. Efter den användes gardinerna dagtid först då temperaturen understeg 6 grader.

79 S i d a 78 Öppnandet av gardinerna skedde på samma sätt som i det första försöket. (Brajeul, o.a., 2004) I ingetdera försöket ledde användningen av gardiner till signifikanta skillnader i inomhustemperatur och relativ fuktighet jämfört med då gardiner inte användes. I det första försöket användes gardinerna 1543 timmar nattetid och endast 205 timmar dagtid. Energibesparingen blev här 32 % eller 0,075 MWh/m 2. I det andra försöket användes gardinerna 1963 timmar nattetid och 1057 timmar dagtid. Energibesparingen uppgick till 0,12 MWh/m 2, vilket motsvarar 41 %. (Brajeul, o.a., 2004) Resultat från försöken tyder på att om gardiner används nattetid sker ingen märkbar förändring i den årliga skörden. Om gardiner däremot används både natt och dag kan skörden minska. Detta beror på den lägre ljusintensiteten inne i växthuset dagtid. (Brajeul, o.a., 2004) Jämförelse mellan aluminiumgardiner i Italien Syftet med detta italienska försök var att jämföra två typer av aluminiumgardiner och bedöma plantornas tillväxt under dessa gardiner, samt att ta reda på hur mycket energi gardinerna kan spara vid odling av krukväxter. I det ena växthuset installerades växthusgardiner av typen Aluminet 70I från Polysack Plastic Industries i taket och Aluminet 70IC på väggarna och i det andra växthuset installerades Ludvig Svensson gardiner av typen XLS17 F i taket och ILS70 på väggarna. Gardinerna togs i användning vid solnedgång och drogs ifrån vid soluppgång. (Frangi, o.a., 2009) Vid odling av julstjärna upptäcktes inga olikheter mellan gardinerna under den första månaden men i november då temperaturen gick ner visade sig Ludvig Svensson gardinerna spara mera energi. Vid försökets slut hade växthuset med Polysack gardiner krävt 3614 kwh energi medan växthuset med Ludvig Svensson gardinerna hade krävt 3088 kwh energi, vilket motsvarar en 17 % mindre åtgång av energi jämfört med Polysackgardinerna. Planthöjden var densamma med båda gardinerna medan diametern på plantorna var större med Polysackgardinerna. (Frangi, o.a., 2009) Även vid odling av New Guinea balsamin noterade man en skillnad i energikonsumtion mellan gardinerna. Växthuset med Polysackgardiner krävde 3642 kwh medan växthuset med Ludvig Svenssongardiner krävde 3088 kwh. Det förekom ingen skillnad i planthöjd mellan de båda växthusen. (Frangi, o.a., 2009) 6.3 Gardinöppningsstrategins inverkan på energikonsumtionen Denna nederländska studie undersökte olika gardinöppningsstrategiers påverkan på växthusklimatet, energikonsumtionen och växtodlingen. Man jämförde två olika sätt att

80 S i d a 79 öppna gardinerna på. Det ena sättet var att öppna gardinerna då den globala strålningen utanför växthuset var 5 W/m 2 och det andra sättet var att öppna gardinerna då den globala strålningen utanför växthuset var 50 W/m 2. Till båda alternativen användes två växthusavdelningar. Den gardinmodell som användes var Ludvig Svensson SLS 10 Ultra plus. Tomatplantor planterades den 12 januari 2004 i fyra 144 m 2 stora växthusavdelningar i Wageningen i Nederländerna. (Dieleman, o.a., 2006) Bränslekonsumtionen var 47,0 m 3 /m 2 per år då inga gardiner användes, men minskade till 39,4 m 3 /m 2 per år då gardiner användes och öppnades vid 5 W/m 2, vilket motsvarar en minskning på 16 %. Energikonsumtionen var 3,5 % lägre då gardinerna öppnades vid 50 W/m 2 än då de öppnades vid 5 W/m 2. Tomatskörden påverkades inte av gardinerna. Då gardinerna öppnades först vid 150 W/m 2 minskade energikonsumtionen med ytterligare 1,6 m 3 bränsle per m 2 och år medan skörden minskade med 0,3 kg/m 2 per år. Den maximala konsumtionen på en dag var 3579 m 3 /ha och den kunde minskas med 33 % med hjälp av gardiner som öppnades vid 5 W/m 2. (Dieleman, o.a., 2006) Gardinöppning baserad på en kombination av global strålning och temperatur utanför växthuset minskade på energiförbrukningen men ökade antalet timmar med hög fukthalt inne i växthuset. Då gardinerna dras ifrån sjunker temperaturen tillfälligt i växthuset, men detta kan minskas genom att öka antalet steg då gardinerna öppnas. (Dieleman, o.a., 2006) 6.4 Diskussion De resultat som fåtts från undersökningar gjorda i länder med annat klimat än det vi har i Finland, kan inte antas gälla direkt även här. I studien från Nya Zeeland hade man kommit till slutsatsen att ju längre och kallare vintrar ett land har, desto större inbesparing fås med energigardiner. Om detta stämmer för alla gardintyper kan man förvänta sig att lönsamheten för att installera växthusgardiner i Finland är högre än i varmare länder. I Finland har man också till skillnad från i Nya Zeeland möjlighet att i vissa fall ansöka om bidrag då man skall installera växthusgardiner. För att få ut maximal nytta av sina växthusgardiner gäller det att vara insatt i när det lönar sig att använda gardinerna. Att ha gardinerna stängda konstant leder till ökade energibesparingar under den tid värme måste tillföras anläggningen, men kan i stället påverka skörden negativt. Även hur själva gardinöppnandet sker har en betydelse ur energibesparingssynvinkel.

81 S i d a 80 Sanna-Sofia Skog 6.5 Ljusföroreningar Dagens samhälle kännetecknas av ett stort behov av konstbelysning. I Helsingfors har man beräknat att ca armaturer lyser upp huvudstadens allmänna gator och torg. På många ställen finns det så mycket konstbelysning att man tagit i bruk ett nytt begrepp, ljusföroreningar. Med ljusföroreningar avses oftast konstbelysning som riktar sig mot annat håll än det tilltänkta, och som upplevs onödigt och störande. Ljusföroreningar kan också beskrivas som konstbelysning som inte är nödvändigt för människors eller egendomens säkerhet, som inte begränsas till det tilltänkta hållet, som riktar sig och reflekteras över horisonten eller konstbelysning som är onödigt stark. Ljusföroreningar är också ljus som riktas åt fel håll, t.ex. ljus från gatubelysning eller reklamskyltar som kommer in i sovrummet. För astronomer innebär ofta ljusföroreningar ljusskimmer, som t.ex. uppstår ovanför städer på grund av flera ljuspunkters sammansatta effekt. Ljusskimmer uppstår då ljus som riktar sig uppåt, sprider sig åt alla håll från atmosfärens partiklar och molekyler. På grund av ljusföroreningar har ungefär en femtedel av jordens befolkning mist synen av vintergatan. I Tabell 6-2 nedan kan du se olika punkters belysningsstyrka. (Lyytimäki, 2006) Tabell 6-2. En grovt uppskattad belysningsstyrka vid olika omständigheter (Lyytimäki, 2006) Belysningsstyrka (lx) Stjärnklar natt 0,001 0,0001 Mån- och stjärnljus 0,03 0,37 Gatubelysning 5 20 Konstbelysning inomhus Molnig dag ute Klart solljus ute t.o.m Med ljusföroreningar avses inom växthusodlingen, det ljus från konstbelysningen som sprider sig utanför växthuset och stör dess närområden. Graden av störning är beroende av ljusets styrka, färg och reflektion (Kallioharju, 2007). Inom växthusodlingen är tilläggsbelysningen nödvändig för att man skall ha en effektiv produktion. För åretruntodlingar härstammar ungefär hälften av energiflödet från lampor som används för belysningen (Keitaanpää, 2011). I Finland har man inte ännu gett rekommendationer för vad som skall räknas till ljusföroreningar. Finland är ganska glesbebyggt och därför har inte ljusföroreningar från växthus varit speciellt känsligt ämne, men t.ex. i Holland och Kanada förorsakar ljusföroreningarna stora problem. I provinsen British Columbia i Kanada har man gett rekommendationer om att belysningen måste begränsas till 5000 lux eller den måste stängas av efter kl i minst fyra timmar. Grönsaksodlingar kräver oftast mer än 5000 lux och det innebär att grönsaksodlarna oftast stänger av sin belysning (Kallioharju, 2007). I Kyrkslätt har belysningen vid ett växthus lett till störningar för

82 S i d a 81 grannen, vilket har lett till rättegångar och förbud av konstbelysning nattetid (Lyytimäki, 2006) Effekter på organismer och människor Intensiteten från naturligt ljus varierar med dygnscykeln, månfaserna och årstiderna. Organismerna har utvecklats för att svara på dessa periodiska förändringar i ljusnivån, genom att kontrollera eller modulera födointaget, parning, säsongbetonad fortplantning, flyttning, vinterdvala, inaktivitet och för växter blomningstid och vegetativ tillväxt. I och med att konstbelysning inte följer det naturliga ljusets variationer är det sannolikt och troligt att konstbelysningen kommer att störa de normala rutinerna för många växter och organismer. (The Royal Commission on Environmental Pollution, 2009) Till exempel är det känt att vissa fågelarter dras till ljus på natten. Fyrar och byggnader och övriga konstruktioner med stark belysning kan fungera som stimulans, vilket leder till att fåglarna flyger mot dem. De fåglar som inte dör av kollisionen med byggnaden eller konstruktionen, förlorar i stället energi till att irra runt (The Royal Commission on Environmental Pollution, 2009) fåglar beräknas dö i Finland årligen när de kolliderar med byggnader nattetid. Flyttfåglars orienteringsförmåga försvagas, eftersom de är vana att orientera enligt stjärnorna och månen och på ställen med mycket ljus kan de flyga vilse. En ökning av den ljusa tiden kan också senarelägga eller t.o.m. förhindra bladträdens förberedelser för vintern. (Lyytimäki, 2006) Ljusföroreningarnas effekter är troligtvis mindre på jordklotets södra och norra delar, eftersom ekosystemen där redan har vant sig vid den naturliga variationen av ljus i och med de olika årstiderna. Däremot variera inte ljusmängden på grund av naturliga orsaker runt ekvatorn. (Lyytimäki, 2006) Effekter på människor yttrar sig främst i problem med sömnlöshet. Redan ineffektivt ljus minskar på produktionen av sömn- och natthormonet melatonin. Melatonin sänker på kroppstemperaturen, försvagar vitaliteten och ökar därmed på sömnigheten. Brist på melatonin leder till liknande symptom som jetlag förorsakar, försvagad beslutsförmåga, tankspriddhet och deprimering. Man misstänker även att bristen på melatonin ökar risken för cancer, speciellt bröstcancer hos kvinnor. Om en människa exponeras för ljus under natten slutar produktionen av melatonin direkt. Redan belysningsstyrkor över en lux förhindrar produktionen. (Lyytimäki, 2006) Metoder att minska på ljusföroreningarna inom växthusodlingen Idag finns det en del metoder att minska på mängden ljusföroreningar som uppstår inom växthusodlingen. Det billigaste alternativet är att vinkla lamporna närmast väggarna inåt, för att på så vis rikta ljusets in mot växthuset. Detta minskar på det spridda ljuset till en viss del. Ett annat alternativ är att fästa en för ljuset ogenomträngbar plast på den vägg där man vill förhindra att ljus skall stråla ut.

83 S i d a 82 En övergång till LED-ljus minskar också på ljusföroreningarna. Vid användningen av LED-ljus kan man producera ljus monokromatiskt och effektivt vid just den våglängd som man önskar. LED-ljusen strålar inte mycket extra ljus, eftersom de inte genererar någon värme och kan således placeras lågt och nära växterna, där ljuset också behövs som mest. Därtill ligger LED-ljusets spektrum på den röda och blå sidan som inte anses vara lika störande för människor, men som behövs mera av växterna. (Kallioharju, 2007) Växthusgardiner används för att minska på energiförbrukningen och bevara värmen inne i växthuset, men på samma gång minskar de på ljusföroreningarna som växthusen ger upphov till. Hur mycket ljus som blockeras beror på gardintypen och även på hur gamla gardinerna är, eftersom de blir med spröda med stigande ålder. Växthusgardinerna kan dock öka på fuktigheten och temperaturen på växtligheten under dem. (Kaivo-oja, 2011)

84 S i d a 83 Michael Söderlund 7 Koldioxidgödsling 7.1 Bakgrund I Skandinavien introducerades koldioxidgödsling på 1920-talet. Ett samband mellan bättre skördar och en högre koldioxidhalt hade påvisats. Den förhöjda halten koldioxid uppstod i samband med naturlig nedbrytning av det organiska materialet som utgjorde växtunderlag. Även om sambandet hade påvisats så var intresset lågt bland växthusodlarna. Intresset ökade igen på 1950-talet och denna gång användes ren koldioxid, torr is och förbränning av propan och fotogen som koldioxidkälla. Intresset avtog dock igen p.g.a. att den nya gödslingsformen orsakade skador på odlingarna. Skadorna eller misstagen berodde på bristande kontroll över koldioxidhalten i växthusen, ofullständig förbränning samt läckage av kolväten. Den verkliga introduktionen av koldioxidgödsling startade på 1980-talet och den främsta orsaken var att övriga tillväxtfaktorer som ljus, temperatur, relativ fuktighet, näring och växtunderlag hade optimerats till den grad att koldioxidhalten blev en begränsande faktor. (Moe, 1984) Koldioxidgödsling är egentligen inte en energikrävande process men behandlas ändå i detta projekt eftersom koldioxidgödslingen påverkas av vissa energibesparande åtgärder. Koldioxidgödsling orsakar kostnader för växthusodlaren, även om de inte är i proportion med kostnaderna för uppvärmning och belysning. Ett 5000 m 2 växthus med odling största delen av året, köper uppskattningsvis ren CO 2 för /år. Denna del av rapporten kommer att kort redogöra för nuläget och sedan presentera innovationer som kunde sänka på de årliga kostnaderna. Ett alternativ för att minska på kostnader relaterade till koldioxidgödsling är modifierad klimatstyrning. Ventilering av växthus används för att kyla ner eller avfukta växthus och i samband med detta går koldioxid till spillo. 7.2 Nuvarande teknik för koldioxidgödsling Nedanstående kapitel beskriver de CO 2 -gödslingsmetoder som är vanligast idag. I Mellaneuropa som t.ex. Holland finns åtminstone ytterligare en metod. Denna metod går ut på att man låter avgaserna från en naturgasmotor (CHP) passera en katalysator för att sedan ledas in i växthuset. Metoden beskrivs inte närmare, eftersom odlare i Finland inte har samma tillgång till detta bränsle.

85 S i d a Ren CO 2 Ren CO 2 är en biprodukt från kemisk eller biokemisk industri och exempel på processer var det kan erhållas är framställning av gödsel och vid bryggerier. Ren CO 2 kan levereras från en stor fast behållare eller från mindre behållare inne i växthuset. Koldioxiden kan vara lagrad i flytande- eller gasfas och gemensamt för de båda är ett relativt lågt tryck i behållaren. Denna metod för koldioxidgödsling är den absolut vanligaste metoden i Österbotten (personlig kommunikation med Ingmar Bäckström, växthusteknik konsult vid Österbottens Producent Förbund, ). Det finns två vanliga metoder för att sprida koldioxiden i växthuset. Vid metod ett låter man koldioxiden passera genom en indunstare och en tryckreducerare för att sedan ledas ut i kanaler av PVC eller nylon. Vid metod två leder man flytande CO 2 obehandlat ut i växthusets ventilationssystem. En typisk leverantör av ren CO 2 är t.ex. AGA. (Bakker, o.a., 1995) Koldioxidbehovet hos växthusplantorna ökar med solljuset/belysningen, vilket betyder att koldioxidbehovet korrelerar negativt med uppvärmningsbehovet. Detta gör gödsling med flytande eller komprimerad koldioxid fördelaktig eftersom denna metod inte alstrar värme. Både naturligt och artificiellt ljus värmer upp växthuset och då minskar uppvärmningsbehovet avsevärt. Genom att använda ren CO 2 kan då problem med för hög temperatur och fuktighet undvikas. Ren CO 2 från behållare är även lätt att distribuera i önskad mängd vid rätt tillfälle. Ett annat problem som kan undvikas är förekomsten av skadliga ämnen som beskrivs i kapitel Ren koldioxid anses dock vara den dyraste formen av koldioxidgödsling, vilket begränsar dess popularitet. (Norén, 2002) Ren CO 2 har inte någon större miljöpåverkan jämfört med de övriga lösningarna, eftersom koldioxiden är en restprodukt från industriprocesser. Detta innebär att CO 2 inte bidrar till växthuseffekten vid själva gödslingen. En del energi går åt till rening och komprimering och därför är klimatpåverkan från gödsling med ren CO 2 5,89 kg CO 2 -ekvivalenter per ton ren koldioxid. (Lantz, o.a., 2006) Förbränning av kolväten Förbränning av kolväten för koldioxidgödslingsändamål kan ske med en liten brännare eller s.k. koldioxidgenerator inne i växthuset, eller så kan gasen ledas från en avsides panna som även fungerar som uppvärmning. Denna typ av koldioxidgödsling ställer höga krav på bränslet, eftersom föroreningar som t.ex. ozon, kväveoxider (NO X ), kolmonoxid (CO), obrända kolväten (UHC) och SO 4 kan uppstå. De bränslen som används idag är olja med låg svavelhalt, naturgas, fotogen och propan. (Norén, 2002) (Bakker, o.a., 1995) Små brännare som är placerade ute i växthusen är lätta att använda och levererar snabbt önskad mängd CO 2 till växthuset. Den tekniska utformningen för dessa brännare sträcker sig från små brännare med öppen låga och naturligt drag till large forced-drought directfired units. Med små brännare kan det vara svårt att kontrollera CO 2 -halten i ett växthus, eftersom brännarna enbart har två lägen, av eller på. Variationer i luftens syrehalt och

86 S i d a 85 densitet kan även orsaka ofullständig förbränning, vilket inte är önskvärt. (Bakker, o.a., 1995) Centralt producerad CO 2 Vad som skiljer centralt producerad CO 2 från den metod som presenterades i kapitel är att koldioxiden tas från den huvudsakliga värmeanläggningen. Fördelar gentemot förbränning enligt föregående kapitel är att önskad mängd värme och CO 2 kan ledas in i växthuset från pannan, vilket ger möjlighet till mera flexibel koldioxidgödsling. Om CO 2 - behovet är stort och värmebehovet litet så kan överskottsvärme lagras och t.ex. användas först på natten då värmebehovet ökar. Ytterligare fördelar är att en stor panna ofta har bättre regleringsmöjligheter samt att vattenånga kan kondenseras bort från rökgaserna. Det största problemet med denna form av koldioxidgödsling är att den huvudsakliga värmepannan sällan drivs med rena bränslen som t.ex. naturgas eller propan. De vanligaste bränslena här i Norden är flis, pellets, torv och tung brännolja. Avgaserna från dessa bränslen kan inte ledas direkt in i växthuset på grund av de föroreningar som nämnts i kapitel (Bakker, o.a., 1995) Fredrik Ek, översättning från finska till svenska av Paulina Kaivo-oja 7.3 Trä som källa till koldioxid i växthus Detta kapitel behandlar de gasformiga föroreningar som uppstår i samband med växthusens koldioxidgödsling. I kapitlet behandlas även olika koldioxidkällor och så resoneras det kring möjligheter att använda förgasat trä som bränsle vid koldioxidgödsling Koldioxidgödsling i växthus Växthusens koldioxidhalt har höjts på konstgjord väg i stor skala sedan 1960-talet. Koldioxidhalten i växthus har höjts från en nivå på cirka 360 ppm till en nivå på ppm, med andra ord har växthusklimatets koldioxidhalt fördubblats eller tredubblats. En hög koldioxidhalt behövs i växthusen när växterna absorberar koldioxid, alltså dagligen eller då växthusbelysningen är på. Den genomsnittliga erhållna ökningen i tillväxt med en kolmonoxidhalt på 1000 ppm är ca 25 %. För yngre växter är ökningen större. En kolmonoxidhalt på 1000 ppm har visat sig vara nära optimum för alla vanligen odlade grödor. (Kimball, 1986) Ju högre koldioxidhalten är i växthuset desto mera koldioxid läcker från växthuset via ventilation och läckage. På grund av behovet av mycket ventilation brukar man inte koldioxidgödsla i växthus på varma och soliga dagar. Enligt Throndsen konsumeras 2 5 gram koldioxid per timme och kvadratmeter växthusyta vid den fotosyntes som sker i växthuset. Om man tar i beaktande den mängd koldioxid som

87 S i d a 86 behövs för ventilationen behövs enligt Throndsen 20 g h -1 m -2 för att bibehålla en koldioxidhalt på 1500 ppm. Antagandet är i detta fall att luften inne i växthuset byts ut två gånger per timme. Den koldioxid som går i spillo via ventilationen är med andra ord mycket större än den mängd som binds till grödan. Den största nyttan av koldioxidgödslingen fås vintertid då det är lite ljus och ett lågt behov av ventilation. (Throndsen, 1984) (Rees, o.a., 1980) Metoder för koldioxidanrikning Den vanligaste koldioxidkällan som används är antingen ren koldioxid komprimerad i gasflaskor eller så har koldioxid producerats på plats genom att förbränna antingen naturgas eller en särskilt ren kvalitet av brännolja. Den brännolja som används vid produktion av koldioxid skall vara fri från svavel och kväve, för att undvika bildandet av svaveldioxid och kväveoxider. Anläggningar som anrikar koldioxid använder två grundtyper av fossila bränslen: antingen används små brännare placerade inuti växthusen eller en separat panna varifrån en del av eller all rökgas leds via rör så jämnt som möjligt till växthusets olika delar. Lösningen med en panna är att föredra, eftersom den möjliggör en separation av uppvärmningen av växthuset och koldioxidgödslingen. Om dagarna eldas det i pannan när koldioxidbehovet är som störst och värmen lagras i ackumulatortanken för att värma upp växthuset under natten. Dessutom är det lättare att följa med föroreningshalterna i rökgasen då förbränningen sker centralt. Nackdelen med en panna är främst de höga investeringskostnaderna i förhållande till om man använder små brännare. 7.4 Växthusluftföroreningar som uppstår i samband med användandet av fossila bränslen för att höja koldioxidhalten De flytande och gasformiga kolvätebränslen som används i växthus för att höja på koldioxidhalten kan orsaka två olika föroreningar som är skadliga för växthusgrödorna: kväveoxider och delvis oxiderade komponenter såsom kolmonoxid, eten, propen, formaldehyd och akrolein. Växter tål kolmonoxid bättre än människor och därför bör kolmonoxidens maxvärde hållas på en nivå på 50 ppm, vilket är en säker nivå för människor. (Hand, o.a., 1986) Eten (C 2 H 4 ) är en speciell luftförorening på så sätt, att den är ett naturligt förekommande växthormon som inverkar på många processer i växterna. Höga halter av eten i växthuset kan leda till bl.a. mindre tillväxt, påskynda åldrandet hos blad och blommor, minska apikal dominans (toppskottet får växa ensamt utan konkurrens från sidoskott), förhindra blomning och få till stånd det att bladen vänds neråt. En intressant omständighet för eten är att det inte påverkar växter vid halter under 0,01 ppm och att påverkan är som störst vid halter på 1 ppm. Etenhalter över en miljontedel förstärker inte etenens inverkan. Bakgrundskoncentrationen av eten varierar stort med luftens renhet. Halten är som högst i

88 S i d a 87 industriområden och som lägst på landsbygden långt från utsläppskällor. I industriområden växlar halterna mellan 0,05 0,5 ppm, i städer är halten i storleksklassen 0,005 0,05 ppm och på landsbygden 0,001 0,01 ppm. (Abeles, 1973) (Hand, o.a., 1986) (Fitter, o.a., 1981) Propen har ungefär samma inverkan på växterna som eten. Förekomsten av propen i växthus beror främst på att propangas har bränts och att en del av gasen av någon anledning har läckt ut i växthuset. Propen bildas till största delen av propangas som vanligen används i växthus. Formaldehyd och akrolein är potentiellt skadliga redan vid en koncentration på 1 ppm, men dessa föroreningar har inte förorsakat större problem eftersom formaldehyd och akrolein inte i praktiken bildas i väl inställda och underhållna anläggningar. (Hand, o.a., 1986) Kväveoxiderna NO och NO 2 är ett stort problem i växthus. Kväveoxider kan bildas från både det kväve som finns i bränslet och från förbränningsluftens kväve. I de bränslen som används för att öka på koldioxidhalten finns nästan inget kväve, så problemet vid användning har varit kväveoxider som bildas i lågan då luftens kväve reagerar med syre: (Hand, 1990) Reaktionen är följande: N 2 + O 2 2 NO Ju hetare lågan är, desto mera kvävemonoxider uppstår. I vanligen använda brännare är flamman varmare än 1100 grader, vilket används som gränsvärde för termisk NO-bildning. När kvävemonoxiden har bildats bildar den spontant kvävedioxider genom att reagera med luftens syre: (Hand, 1990) Reaktionen är följande: 2 NO + O 2 2 NO 2 Hur snabbt NO reagerar till NO 2 beror på NO-koncentrationen per kvadrat. Vid de koncentrationer som NO vanligen förekommer i växthus bildar kvävemonoxiden kvävedioxid relativt långsamt. Reaktionen påskyndas ändå vid närvaro av solens UVstrålning (våglängderna mellan nm). Kvävemonoxid reagerar även med ozon och kolväten. De fotokemiska reaktioner som omvandlar kvävemonoxid till kvävedioxider sker långsammare inuti växthuset än utanför växthuset på grund av glasets förmåga att absorbera UV-strålning. (Hand, 1990) I växthusen finns med andra ord mera NO än NO 2. Förhållandet mellan NO och NO 2 är i allmänhet 3:1 i växthus där man bränner fotogen. Förhållandet mellan kvävemonoxid och kvävedioxid i växthus påminner mycket om det förhållande som hittas vid hårt trafikerade vägar. Skälet till detta är att utsläppskällan i båda fallen finns nära mätpunkterna. Långt från utsläppskällor är förhållandet mellan kvävemonoxid och kvävedioxid mycket närmare 1:1. Detta beror på att ifall utsläppskällorna finns långt ifrån mätpunkten hinner kvävemonoxiden oxideras till kvävedioxid. Halten av kvävemonoxid och kvävedioxid är båda i storleksklassen 0,01 ppm långt från utsläppskällorna. (Hand, o.a., 1986) (Hand, 1990) (Martin, o.a., 1981)

89 S i d a 88 I växthus förekommer mera kvävemonoxid än kvävedioxid i jämförelse med utomhusluften. Ozon förekommer i mindre utsträckning i ett oventilerat växthus än utomhus, vilket i sin tur fördröjer oxidationen av kvävemonoxid till kvävedioxid. Kvävemonoxid löser sig inte nämnvärt i vatten medan kvävedioxid löser sig mycket bra i vatten. Law och Mansfield upptäckte att pepparblad absorberar kvävedioxid tre gånger mera än kvävemonoxid då koncentrationen av båda gaserna är ekvivalenta. Å andra sidan har undersökningar med tomater visat att växternas produktion påverkas lika mycket av kvävemonoxid som av kvävedioxid. (Hand, o.a., 1986) (Law, o.a., 1982) (Capron, o.a., 1976) Kväveoxiders inverkan på växthusgrödor Anderson och Mansfield undersökte olika tomatsorters motståndskraft för kväveoxider vid normala samt vid 1000 ppm koldioxidhalter. De använde 0,4 ppm NO x -halter, som vid normala koldioxidhalter klart minskade tomatens tillväxt, men påverkan minskade betydligt vid en koldioxidhalt på 1000 ppm. Den hämmande effekten av kväveoxidernas fotosyntes minskar alltså med höga koldioxidhalter, möjligtvis på grund av att en högre koldioxidhalt gör att behovet för utbytande av gaserna i bladen minskar. Enligt Capron motstår sallad kväveoxider bättre än tomat. NO x :er gav inga tecken på långvariga effekter för salladens fotosyntetiska kapacitet, utan då kväveoxiderna togs bort från växthusluften återhämtade sig salladens fotosyntes snabbt till samma nivå som innan NO x -injektionen. (Anderson, o.a., 1979) (Capron, 1989) Mortensen använde ren koldioxid samt koldioxid som erhållits genom förbränning av propan i en Low NO x -panna (TWIN HEAT) för att höja växthusluftens koldioxidhalt till 800 ppm. Genom att bränna propan fick den koldioxidgödslade växthusluften en etenhalt på 0,001 ppm och en NO x halt på 0,06 ppm, vilket inte ledde till en lägre tillväxt av sallad jämfört med ren koldioxid för nio salladssorter av tio. Skörden av sorten Rapid var mindre i växthus innehållande NO x :er, men även denna salladssort växte bättre vid en koldioxidhalt på 800 ppm och en NO x halt på 0,06 ppm än utan tillskott av koldioxid. Andra undersökningar har tillåtit betydligt högre NO x halter för olika salladssorter. Enligt Mortensen minskade inte en NOx halt på 0,85 ppm skörden för sju olika salladssorter och inte heller för Farbiola växthusgurkor. (Mortensen, 1992) (Mortensen, 1985) (Mortensen, 1985) Enligt Capron m.fl. har temperaturen en betydelse för kväveoxidernas hämmande effekt. Vid låga temperaturer är fotosyntesen även i övrigt mycket långsammare än vid höga temperaturer, men den hämmande effekten för kväveoxidernas fotosyntes tilltar då temperaturen avtar. Vid en temperatur på tio grader är den hämmande effekten för kväveoxidernas fotosyntes tre gånger större än vid en temperatur på tjugo grader och vid en temperatur på fem grader är effekten fem gånger större. Capron m.fl. använde en kväveoxidblandning innehållande 1 ppm NO och 0,3 ppm NO 2. En tillräckligt hög växthustemperatur kompenserade för en del an kväveoxidernas skadliga effekter. (Capron, o.a., 1991)

90 S i d a 89 Enligt Mortensen har även ljusets intensitet en stor betydelse för tomaters motståndskraft för kväveoxider. Mortensen höll under 25 dygns tid sina tomatplantor i en koldioxidhalt på 1000 ppm och en NO x -halt på 1,5 ppm samt i en koldioxidhalt på 1000 ppm utan tillsatt NO x. Tomatplantorna hölls i fyra olika ljusintensiteter (30, 95, 175 och 250 µmol m -2 s -1 PAR). Vid tillförsel av ren koldioxid växte alla plantor % bättre än kontrollplantorna utan tillförd koldioxid. De tomater som växte där kväveoxid var närvarande och koldioxidhalten var höjd växte klart sämre än de tomater som växte där ren koldioxid tillförts. Skillnaden var som störst vid låga ljusintensiteter och vid de lägsta ljusintensiteterna växte tomaterna sämre även i kontrollodlingen. En riklig ljustillgång verkar därmed kompensera för en del av kväveoxidernas hämmande inverkan på fotosyntesen. (Mortensen, 1986) Näringsinnehållet i växtunderlaget verkar också vara viktigt för grödors tolerans för kväveoxider. Anderson och Mansfield observerade att i ett växthus med en NO-halt på 0,4 ppm växte tomater bättre än utan tillförd NO ifall växtunderlagets kvävehalt var mycket låg. Kvävemonoxidens positiva effekt på tillväxten försvann dock då luftens NO-halt höjdes till 0,8 ppm. Redan en NO-halt på 0,2 ppm hämmade tillväxten då tillgången på kväve var riklig. Enligt Hand kan tillväxten hos tomater gagnas av kväveoxider endast då tillgången på kväve är så begränsad att detta klart är till nackdel för tomaternas tillväxt. (Anderson, o.a., 1979) (Hand, 1990) 7.5 Erfarenheter vid höjning av koldioxidhalten med hjälp av träbaserade bränslen I en studie i Norge har man använt träkol som koldioxidkälla i växthus. Vid en förbränningstemperatur som överstiger 800 C började det uppstå problem med kväveoxider (halter på 0,1 0,5 ppm NO x i växthusen). Rökgaserna från anläggningen för förbränning av träkol dög inte i sig som koldioxidkälla på grund av höga halter av kolmonoxid och eten. Genom att använda en katalysator vars temperatur var 450 C fick man en lösning på problemet, på så sätt att varken kolmonoxid eller eten längre skapade problem, inte ens för känsliga växter. (Moe, o.a., 1986) I en annan norsk studie använde Rustad m.fl. en anläggning som anrikade koldioxid genom att bränna träkol med hjälp av den luft som tillfördes vid undre och övre sidan av rosten. En typisk sammansättning av rökgaserna från denna anläggning var följande: (Throndsen, 1984) CO 2 : 15 % CO: 100 ppm NO x : 50 ppm C 2 H 4 : < 1 ppm För att rökgaserna skulle kunna användas måste man i ett växthus med en koldioxidhalt på 1000 ppm spä ut avgaserna med 100 gånger så mycket luft. Samtidigt späddes även alla föroreningar ut till en hundradedel av de halter som fanns i rökgasen. Enligt Rustad m.fl.

91 S i d a 90 utgjorde varken kolmonoxidhalten eller etenhalten något problem. NO x -halten i växthuset i samband med ifrågavarande anläggning var tidvis 0,8 ppm, vilket är för högt för växter som är känsliga för kväveoxider, såsom tomater och rosor. Författarna såg ett behov av att vidare minska på rökgasens innehåll av kväveoxider med en faktor på fem. Med en kväveoxidhalt på ungefär 1 ppm kan man enligt författarna framgångsrikt odla endast sådana grödor som är mycket toleranta för kväveoxider, t.ex. sallad. (Throndsen, 1984) I anläggningen som brände träkol förorsakade aska som samlades på rosten problem. Det gjorde även kolmängden som tillsattes och brändes i förbränningszonen och som var svår att balansera. Stoft och aska som läckte ut i växthuset var också en nackdel. Författarnas åsikt var att det i särklass största och svåraste problemet att lösa orsakades av kväveoxider. För att lösa problemet med kväveoxider föreslog Rustad m.fl. en katalytisk destruktionsenhet, som skulle fungera på samma sätt som katalysatorn i en bil. (Throndsen, 1984) 7.6 Gengas för koldioxidgödsling Då man genom förbränning producerar koldioxid transporteras alltid en del ämnen som är skadliga för växterna till växthuset, t.ex. eten och kväveoxider. I praktiken har det dock visat sig att genom att använda rena och svavelfria bränslen och genom att ha en väl kontrollerad förbränningsprocess minskas föroreningarna till en sådan nivå, att förbränning som producerar koldioxid till ett lägre pris blir mera lönsam än att köpa koldioxid. Denna slutsats gäller särskilt då värme behövs för uppvärmning av växthusen. Det finns endast lite erfarenhet av användning av träbaserade bränslen vid koldioxidgödsling och användning av trä har i allmänhet ansetts vara omöjligt på grund av de höga rökgashalterna av kolmonoxid, eten och kväveoxider som förbränning av trä förorsakar. Här bör man dock skilja på vanlig förbränning och förgasning. Vid förgasning förbränns inte trä, utan gas produceras av trä. I litteraturen kan ingen information om att någon skulle ha använt en förgasningsanläggning för biomassa för att framställa koldioxid hittats. Det sätt på vilket träkol använts i den norska studien påminner lite om förgasning. Där användes en anläggning i vilken förbränningsluften tillsattes både under rosten och ovanför bränslet. Träkol i sig är mycket renare än många träslag och ett lättare bränsle att förbränna än träpellets eller flis. I den norska anläggningen var det ett problem att få bränslet att förbli jämntjockt. I t.ex. Puhdas Energia Oy:s förgasningsanläggning kan liknande problem inte uppstå på grund av anläggningens konstruktion och den metod som används för att mata in bränslet. Norrmännen hade inte heller någon egentlig produktgasbrännare i bruk och hela förbränningsprocessen påminde mycket om den förbränning som sker i en normal spis. Norrmännen kunde dock använda rökgaserna från träkolsförbränningen för koldioxidgödsling hos grödor som var mycket toleranta för kväveoxider, såsom sallad. I denna studie hade norrmännen inte någon anläggning för rening av rökgaserna, utan en del av askan och det använda kolet läckte ut i växthusen tillsammans med rökgaserna.

92 S i d a 91 Information om hur mycket kväveoxider man kan tillåta i växthus varierar mellan olika studier, men en total koncentration på 0,1 ppm kväveoxider var enligt de flesta studier klart på den säkra sidan. En CO-koncentration på 50 ppm anses vara maxvärde i växthus, främst av arbetssäkerhetsskäl. Michael Söderlund 7.7 Nya lösningar Kompostering av halm Heimonen, R och Hänninen, K kom år 1999 ut med en rapport om koldioxidgödsling med halmkompost. När organiskt material bryts ner under aeroba förhållanden bildas alltid CO 2 som en restprodukt av mikrobernas aktivitet. Om en komposteringsanläggning konstrueras på rätt sätt, så kan koldioxiden ledas in i växthuset för att upprätthålla eller t.o.m. öka på CO 2 -koncentrationen. (Heimonen, o.a., 1999). Tre olika typer av kompostering testades under försöksperioden. Det första försöket var trumkompostering. Denna metod bildade 28 kg CO 2 på två veckors tid. Rapporten uppger dock inte mängden halm som använts. Den låga produktionen ansågs bero på att trumkomposteringen inte var lämplig för halm. Den andra metoden kallades för storbalkompostering. Komposten luftades med ett flöde på 55,7 59,0 l/s tio timmar om dagen. Under en timme kunde 10 % av växthusets luft bytas ut. Kompostgasen som leddes in i växthuset hade en koldioxidhalt på ppm och under en period på fyra månader producerades totalt 438 kg CO 2. Den tredje och sista komposteringsmetoden var vagnskompostering. Under detta försök producerade en kubikmeter (40 45 kg) halm ca kg CO 2. Under de två första månaderna när nedbrytningen skedde aktivt producerades totalt 220 kg CO 2 från 10 m 3 hackad halm. Under försöket leddes 19 m 3 /h kompostgas in i växthuset med en koldioxidkoncentration på ppm. Inga skadliga ämnen för människor eller växter påträffades under gödslingsförsöken, trots att närvaron av svampar, bakterier och ämnen som CO, NO, NO 2, N 2 O, CH 4, C 2 H 2, C 2 H 4, C 2 H 6 och NH 3 undersöktes. Koldioxidgödsling med kompost anses vara bäst lämpad för små växthus under 1000 m 2 och växthus med ekologisk odling. År 1999 fanns det fortfarande inga tillverkare av komposteringsutrustning ämnade för detta bruk, vilket innebar att odlarna var tvungna att själva konstruera komposten. Denna metod för koldioxidgödsling tillämpas inte i dagsläget och orsaken är främst svårigheter med att upprätthålla ett konstant flöde av koldioxid till växthuset (personlig

93 kommunikation med Ingmar Bäckström, växthusteknisk konsult vid Österbottens Producent Förbund, ) S i d a Koldioxidseparering I rapporten Carbon dioxide capture and storage (2005) framkommer att koldioxid separering från små källor som t.ex. transportmedel och uppvärmning av byggnader är både svårt och dyrt. Rapporten beskriver därför inte koldioxidseparering i denna skala (Metz, et al., 2005). Intresset för att rena rökgaser eller separera ut CO 2 är hur som helst av stort intresse eftersom det skulle kunna bidra med gratis CO 2 -gödsling för odlaren. Givetvis skulle den nödvändiga tekniken kräva investeringar, men dagens kostnader för CO 2 -gödsling motiverar hur som helst alternativa lösningar. I dagens läge är rökgaserna från t.ex. träbränslen inte tillräckligt rena för att kunna tillföras växthuset direkt, men forskning i reningsteknik pågår. (Chau, 2006) Koldioxidlagring En metod för tillfällig lagring av CO 2 har utvecklats av TNO, en holländsk oberoende organisation som arbetar med expertishjälp och forskning. Orsaken är att extra koldioxid endast behövs då växterna utsätts för PAR-strålning. Detta innebär ofta i praktiken att värmepannan eller CHP anläggningen står stilla när CO 2 -behovet är som störst, dvs. dagtid när växthuset blir naturligt uppvärmt av solen. Bufferten består av en zeolitstruktur. Denna zeolitstruktur kan inkapsla CO 2 från en CHPanläggnings rökgaser. Koldioxiden kan sedan friges genom att pumpa torr luft genom strukturen. Denna process utnyttjar en naturlig jämviktsprocess. TNO har demonstrerat metoden för att visa hur energieffektiv, hållbar och ekonomisk denna metod är. (TNO, 2011) Flamlös förbränning Ett svenskt företag med namnet Zemission uppges snart vara ute på marknaden med en förbränningsteknik som har % mindre utsläpp av t.ex. ozon, NOx, CO, obrända kolväten och SO 4 jämfört med traditionell förbränning. Företaget har tidigare fokuserat på värmekällor till båtar och husbilar men riktar nu blickarna mot hybridfordon. Företaget påpekar dock att deras katalytiska förbrännare lämpar sig väl för växthus eftersom avgaserna från den katalytiska processen är mycket rena. Företaget poängterar även att deras förbrännare kan byggas i vilken storlek som helst och använda bränslen som diesel, biodiesel, bensin, etanol, metanol, biogas och LPG (butan eller propan). (Miljönytta, 2009) (Zemission, 2011) Förbränningen sker på en katalytiskt aktiv yta av ädelmetaller från platinagruppen samt vissa metalloxider. Bränslet och luften bildar då värmestrålning, het luft, vatten och koldioxid. Processen är inte fullständigt fri från föroreningar men andelen kolväten,

94 S i d a 93 kolmonoxid, kväveoxid och partiklar uppges understiga 1 ppm, vilket är % lägre jämfört med nuvarande förbränningsteknik. Den katalytiska förbränningsprocessen är något svalare än hos en traditionell förbrännare. (Miljönytta, 2009) (Zemission, 2011) Figur 7-1. Zemissions katalytiska förbränning. (Miljönytta, 2009)

95 S i d a 94 Mats Borg och Daniel Sjöholm 8 Växthusautomation 8.1 Inledning I kapitel 8 presenteras en grundläggande strategi över vad man kan ta i beaktande vid växthusautomationsreglering. Den strategi som finns beskriven grundar sig på verklig fakta från växthusodlare med växthus belägna i Sydösterbotten. Glasväxthuset varifrån värden och parametrar är hämtade har odlingsarealen 1800 m 2, tomater odlas året om. Observera att de värden och parametrar som anges i strategin gäller för september månad, vilket innebär att kanske inte alla av dem är lämpliga att använda under hela året. I kapitel 8.2 presenteras det bl.a. vilka de populäraste växthusautomationssystemen i Österbotten är utgående från en enkätundersökning som gjorts inom projektet Energieffektiva växthus Växthusautomation i Österbotten I projektet Energieffektiva växthus 2015 har en växthusodlarenkätundersökning utförts i Österbotten. I denna undersökning undersöktes bl.a. vilka automationssystem odlarna har i sina växthus, se Tabell 8-1. Antal växthus med olika automationssystem Tabell 8-1 nedan. Alla enkätsvar (167 svar av 394 utskick) har analyserats av Mats Borg och Daniel Sjöholm vid Yrkeshögskolan Novia, Vasa. Resultat och analyser presenteras i sin helhet i (Borg, 2011) och (Sjöholm, 2011). Idag är automatiserad klimatstyrning en nödvändighet om man vill uppnå goda odlingsresultat i växthus. Vanligtvis är klimatstyrningen kopplad till flera olika givare i och utanför växthusen. Vanliga givare som förekommer är t.ex. temperatur, luftfuktighet, vindhastighet och -riktning, ljus och strålning samt regn. Enkätundersökningens resultat visar att det i så gott som alla växthus finns automatik som styr temperatur och ventilation. Andelen växthus där koldioxidhalten och bevattningen styrs med hjälp av automatik är ungefär 2/3. Styrningen baseras i de flesta fallen på temperatur, fuktighet, vind och solinstrålning. Enligt undersökningen är DGT det vanligaste automationssystemet bland växthusodlarna i Österbotten.

96 S i d a 95 Tabell 8-1. Antal växthus med olika automationssystem (Borg, 2011) DGT 68 DGT-Volmatic 18 Hortimax 15 Hortimic 4 ITU 10 ITUMIC 7 Ouman 1 Priva 35 Senmatic 2 Synopta 20 TAWI 3 Van Vliet 17 Volmatic 9 Som automationssystem uppges i flertalet fall snarlika namn och kombinationer av namn. Rapportskribenten känner inte till exakt vad som är leverantörsnamn och vad som är produktnamn. Där det har varit uppenbart har gruppering av likartade namn gjorts, i övrigt ges tabellen enligt odlarnas uppgifter. (Borg, 2011) 8.3 Uppvärmningstemperatur Uppvärmningstemperaturen följer en dygnskurva. Kurvan matas in i växthusets automationssystem, t.ex. i form av sex perioder (delar av dygnet). I september kan man exempelvis ha en kurva med dagstemperaturen 23 C klockan och en nattemperatur på 17 C klockan När man reglerar temperaturen mellan dag och natt i växthus brukar man sträva efter att jämna ut sänkningen eller höjningen under ett längre tidsperspektiv. När man höjer temperaturen kan den höjas med 1 C per timme, vilket innebär att stigningen från nattemperatur till dagtemperatur tar 6 h och dagtemperaturen alltså uppnås kl När man däremot sänker temperaturen kan det göras med 1 C per 15 minuter, vilket innebär att sänkningen från dagtemperatur till nattemperatur tar 1,5 h och nattemperaturen alltså uppnås kl Reglermetoden är sådan att om växthusets temperatur underskrider uppvärmningstemperaturen sköter en PID-regulator 1 om att rörtemperaturen ökar i växthuset tills angivet börvärde uppnås. Systemet beaktar med andra ord inte yttre omständigheter, såsom utetemperaturen. 1 En PID-regulator kombinerar tre typer av reglering: proportionell, integrerande och deriverande reglering. Den proportionella regleringen ändrar reglersignalen i proportion till den reglerade variabelns avvikelse från börvärdet. Integreringen kompenserar för kvarstående reglerfel och deriveringen minskar insvängningsförloppet och ökar därmed reglerhastigheten. Källa: Injustering/Ordbok-over-grundlaggande-injusteringstermer/

97 S i d a Ventilationstemperatur Ventilationstemperaturen följer en liknande dygnskurva som uppvärmningstemperaturen. Kurvan brukar konsekvent ligga 1 C över uppvärmningskurvan. Reglermetoden är att lucköppningen ökar linjärt från aktuell lucköppning (bestämd enligt kapitel 8.5 nedan) till ett maxvärde då temperaturen stiger från ventilationsvärdet till ett visst antal grader över detta värde, t.ex. inställningen 1,7 C för september. Det handlar alltså om en P-reglering 2. Man kan använda maxvärden för lucköppningen för dag och natt, t.ex. ett dagsmaxvärde på 80 % och ett nattmaxvärde på 40 %. Man bör även beakta fuktinflytandet vid reglering av växthusets ventilationstemperatur. Ventilationstemperaturen sänks linjärt med 1 C då fukthalten går från 70 % till 80 %. Detta fuktinflytande är indirekt, det ökar ventilationen genom att sänka ventilationstemperaturen. Denna indirekta styrning ger resultat endast om växthuset har ett värmeöverskott, så att växthustemperaturen ligger på ventilationstemperaturen snarare än på uppvärmningstemperaturen. Idén med denna indirekta styrning av lucköppningen är att den ger en förstärkning av fuktighetens inverkan på lucköppningen, främst då det är varmt ute (värmeöverskott i huset) och då lucköppningens avfuktande effekt är mindre än då det är kallt ute. Övriga inflytanden som kan beaktas vid ventilationstemperaturreglering är solinstrålning och strålningssumma. Under sommartid kan inställningen för solinstrålning t.ex. vara en linjär ökning med 2 3 C från mulet till soligt. 8.5 Lucköppning Lucköppningen styrs enligt en fuktkurva, som exempelvis matas in i automationsprogrammet i form av ett antal punkter mellan vilka kurvan går linjärt. Inställningen kan vara olika för olika dygnsperioder. I september kan man förslagsvis ha 0 15 % lucköppning för % relativ luftfuktighet under dagen och 0 10 % lucköppning för % relativ luftfuktighet. Temperaturen har ett inflytande på lucköppningen, detta har beskrivits i kapitel 8.4. Vindens inflytande är indirekt. Det påverkar hur snabbt lucköppningen ökar då temperaturen överstiger ventilationstemperaturen. Ventilationsvärdet 1,7 C (kapitel 8.4) ökar linjärt med 2 C då vindhastigheten ökar från 1 m/s till 7 m/s. Vinden har ett inflytande på lucköppningen endast om huset har ett värmeöverskott, dvs. temperaturen ligger över ventilationstemperaturen. Detta kan möjligen innebära ett problem vid låg vindhastighet nattetid, då luckorna borde öppnas mer än det normala 2 Den proportionella funktionen i en regulator ger en utsignal som är proportionell mot börvärdesavvikelsen. Om avvikelsen är stor kommer utsignalen till ställdonet att bli stor och om felet blir mindre, blir också utsignalen proportionellt mindre. Huvudproblemet vid proportionell reglering är offsetvärdet, dvs. det kvarstående reglerfelet. Källa:

98 S i d a 97 fuktinflytandet anger. Inte heller fuktens inflytande på ventilationstemperaturen har någon inverkan i den situationen. 8.6 Värmerörsstrategi Oftast anges ett minimivärde för rörtemperaturen i växthusets automationsprogram. Rörtemperaturen styrs därutöver enligt eventuellt uppvärmningsbehov för att uppnå uppvärmningstemperaturen, vilket sköts av en PID-regulator. Minimivärdets syfte är att säkerställa en viss upptorkning nerifrån oberoende av uppvärmningsbehovet i övrigt. Minimivärdet kan exempelvis vara 45 C på morgonen, 40 C på dagen och 20 C på natten. Nattetid finns vanligen ett uppvärmningsbehov och minimitemperaturen saknar då praktisk betydelse. Fuktinflytande på minimitemperaturen anges skilt för olika perioder av dygnet. Inflytandet kan t.ex. ställas in enligt följande: morgon och dag C för % relativ luftfuktighet och för natten C för % relativ luftfuktighet. Ljusinflytande kan anges till C för W/m Koldioxid Aktiv tid för koldioxidreglering kan lämpligen vara mellan klockan Däremellan får koldioxidhalten minska fritt. För halten anges en basnivå på t.ex. 800 ppm i växthusets automationsprogram. När koldioxidhalten är mellan ppm kan man lämpligen ställa in % lucköppning. Idén med detta är att det inte är ekonomiskt att tillföra koldioxid när ventilationen är kraftig och koldioxiden därmed snabbt försvinner eller att det lönar sig att ventilera då koldioxidhalten ändå är låg. Sommartid under soliga dagar när strålningsinflytandet är större kan man öka den normala koldioxidhalten med 100 ppm. Idén med detta är att vid kraftig solinstrålning är koldioxidupptaget den begränsande faktorn i fotosyntesen, varför en högre koldioxidhalt är ekonomiskt motiverad. Betydelsen av det positiva strålningsinflytandet är i praktiken begränsad eftersom soliga dagar vanligen medför kraftig ventilation och därmed ett negativt inflytande på koldioxidhalten via lucköppningen. Vid ökande vindhastighet minskas vanligen koldioxidtillförseln. Idén är att luftomsättningen och därmed koldioxidförlusten ökar när det blåser. Vindinflytandet är 0 50 ppm för 0 8 m/s.

99 S i d a 98 Sanna-Sofia Skog 9 Vindskydd Det har visat sig att vinden har betydelse för växthusets bränsleförbrukning. Att skydda växthus från vinden är en faktor i växthusens energiinbesparing och denna betydelse har ofta undervärderats. Rätt planerade och rätt placerade vindskydd kan medföra en minskning på 30 % av vindhastigheten (Sheard, 1978). Genom att reducera medelvindhastigheten med 0,5 m/s kan man minska energianvändningen med 4 5 % (Christensen, o.a., 2010). Syftet med vindskydd är bl.a. att minska på värmeförlusten, minimera skador på byggnader, öka effektiviteten för CO 2 -anrikning, minska på mängden damm och smuts som förs med vinden och skärma av växthuset. Trots vindskyddens betydelse har utvecklingen av skydden för växthus varit långsam. (Sturrock, 1989) 9.1 Värmeförluster Värmeförlusten orsakas av två huvudfaktorer, temperaturdifferensen mellan inne- och utemiljön, samt vindhastigheten. Värmeförlusten påverkas av byggmaterialets värmeledningsförmåga, husets ytareal, husets utformning och mått av underhåll. Regn på överhöljet samt graden av luftläckage från växthuset ökar på värmeförlusten. Värmeförlusten sker dels genom strålning och konvektion till utsidan och dels genom luftläckage, dock inte att glömma att ventilering utgör en stor del av värmeförlusterna. Vindhastigheten stiger med höjden p.g.a. friktionen mot vegetation och bebyggelse vid marknivå. Vinden blåser hårdare vid öppna landskap och bromsas upp vid bebyggelse och skogar. Vindhastigheten och vindriktningen mäts normalt på tio meters höjd och i tio minuters intervaller. (Hagentoft, 2002) Med ökande vindhastighet ökar värmeförlusten genom påtvungen konvektion, vilken sänker höljets temperatur, samt genom att luft läcker ut genom sprickor och otätheter (Petersson, 2009). Även i relativt bra isolerade byggnader kan läckaget öka mycket i blåsiga förhållanden. I Europa har man studerat användningen av vindbarriärer i syfte att minska på värmeförlusterna. Inbesparningar upp till 5 % och 10 % har uppnåtts. En vindhastighet som ökar från nära stillastående upp till 7 9 m/s kan fördubbla ett glashus bränsleförbrukning. En reduktion med 30 % av sådana vindar sparar på bränsleförbrukningen. Ännu mera kan man spara i högre vindhastigheter (Sturrock, 1989). I Storbritannien har man konstaterat att maximala värmeförlusten sker vid den högsta vindhastigheten och inte vid den lägsta temperaturen (Sheard, 1978). Skydd för vinden förbättrar också värmedistributionen och gör det lättare att upprätthålla bestämda temperaturer (Sturrock, 1989). Strukturen och utformningen av växthuset har också betydelse. Värmeförlusten påverkas t.ex. av husets storlek och hur bra huset är isolerat (Petersson, 2009). Växthus med dubbel plast har enligt studier påverkats minst av vinden. På den sida av huset som direkt träffas

100 S i d a 99 av vinden skapas ett övertryck. Uteluften vill tryckas in i byggnaden. På byggnadens sidor och sidorna som är i lä skapas i stället ett undertryck som vill suga ut inneluften. Trycket är oftast väldigt ojämnt fördelat. Sugkrafterna är oftast mer destruktiva; de är farligast i hörnen och längs kanterna på väggar och tak, där vinden avböjs och accelererar. Virvlar som kan uppstå i dessa punkter kan förorsaka svängningar i höljet vilket kan öka på risken för skador på strukturen (Sturrock, 1989). Växthus eller byggnader som står ensamma är mycket mer utsatta för vind än hus som står nära varandra och skyddar varandra, men man måste även tänka på att turbulensen kan förvärras av koncentrationen av vind mellan husen (Petersson, 2009). 9.2 Vindskyddens utformning Behovet av vindskydd granskas utgående från växthuset läge och de rådande vindförhållandena på platsen. De flesta växthus är lokaliserade i områden med fördelaktigt klimat. Kusten är ett favoriserat ställe med tanke på energibehovet (bra med ljus och milda temperaturförhållanden). Vid kusten blåser det dock mera än inne i landet. Blåsiga, våta och kalla vinterförhållanden medför en hög bränsleförbrukning. Sådana platser är i störst behov av skydd. Vindskydd styr vinden över eller runt skyddade områden och minskar således på tryckvariationer över huset. Vindskydden minskar också på luftinfiltrationen, vilket ökar CO 2 -tillförseln. (Sturrock, 1989) Vindskydd kan vara levande träd eller buskar, eller bestå av fabrikstillverkat material. Det finns många faktorer som inverkar på hur effektivt ett vindskydd är. För täta vindskydd skapar en sugande kraft på växthusens tak och väggar som är i lä, vilket kan orsaka skador på växthuset. Optimalt vore om vindskyddet hade en permeabilitet på % och öppningarna jämt fördelade över arean. Detta ger en maximal reduktion av vinden på ett avstånd av 4H (fyra gånger höjden på skyddet) framför vindskyddet och i medeltal en minskning på 30 % av vindhastigheten 10H bakåt. Eftersom vindbelastningen är proportionell mot vindhastigheten medför en 30 % lägre vindhastighet 50 % lägre vindtryck. (Randall, 2005) (Sheard, 1978) (Sturrock, 1989) Figur 9-1. Bilden visar hur hög vindhastigheten är procentuellt av vindhastigheten på ett öppet fält framför och efter vindskyddet. (Randall, 2005) Vindskydd som är mindre täta söndrar även stora vindvirvlar till mindre virvlar och på det viset minskar mängden turbulent energi. Otäta vindskydd minskar dessutom på mängden

101 skuggor som uppstår, speciellt skyddsbälten med barrträd eller städsegröna växter. (Sheard, 1978) S i d a 100 Levande vindskydd anses vara mer tilltalande till utseendet, men det tar en tid för dem att växa till rätt höjd för att bilda ett tillräckligt skydd. Fabrikstillverkade vindskydd har fördelen att de ger ett tillräckligt bra skydd direkt och de har en konstant permeabilitet. En nackdel är att skydden kan brytas ned i starkt solljus och livslängden är oftast kortare. För levande vindskydd är permeabiliteten hög då de är nyplanterade men den minskar med tiden och till slut når den en punkt då vindskyddet är en tät barriär. Lövfällande träd har hög permeabilitet under vintern. (Sheard, 1978) Ett fabrikstillverkat vindskydd kräver att man installerar skyddet enligt etablerade standarder. Vindtrycket ökar snabbt med höjden på skyddet på grund av den logaritmiska ökningen i vindhastighet med höjden. Fabrikstillverkade skydd används oftast bara temporärt under den tid då växtskyddet växer. Dessa skydd brukar vara mycket dyrare än trädbarriärer, men på områden där det är omöjligt att plantera träd kan de vara nödvändiga. Fabrikstillverkade skydd släpper dessutom igenom mera ljus, så dessa skydd kan användas på den soliga sidan eller då skyddet måste vara nära själva växthuset. (Sheard, 1978) Figur 9-2. Företaget Plant Care Limited i Storbritannien är ett exempel på ett företag som tillverkar vindskydd för växthus. På bilden visas Parafence The ultimate windbreak fencing system. (Plant Care, 2011) 9.3 Vindskyddens placering Vindskydd som går hela vägen runt växthuset ger det bästa resultatet, men detta är inte alltid möjligt ur kostnadssynvinkel eller på grund av övriga restriktioner. Om vindskyddet omringar hela området blir dessutom vindutbytet väldigt lågt under heta sommardagar, vilket kan leda till att man måste öka på ventilationen och det leder till extra kostnader. Det är viktigast att skydda för vinden som kommer från den förhärskande riktningen. Minimala höjden på ett vindskydd borde vara halva höjden av växthusets takås och skyddet borde placeras på ett avstånd på tio gånger takåsens höjd ifrån växthuset. En tumregel är 3,2

102 S i d a 101 meter hög och 30 meter ifrån växthuset. Ju högre vindskydd desto större område skyddas. Levande vinskydd måste trimmas varje år för att upprätthålla rätt höjd och rätt permeabilitet. Genom årligt underhåll begränsar man också spridningen av det levande vindskyddet, minskar på skuggor och förbättrar trädens stabilitet. (Sheard, 1978) Den mest vindstabila konfigureringen av vindskydd är att använda två skyddsrader eller flera. Den främsta raden, från växthuset sett, kan bestå av träd och den andra raden kan bestå av buskar. Flera rader ökar också på vindskyddets täthet och i fall ett träd dör lämnar det inte stora öppningar i vindskyddet. Det finns egentligen inga rekommendationer för avståndet mellan raderna utan det beror till stor del på vilka växter man använder (Sturrock, 1989) (Randall, 2005). Ett större avstånd kan dock minska på konkurrensen om växtplatsen och medföra högre och friskare träd och buskar. (Randall, 2005) Figur 9-3. Vindskydd av Leyland Cypress. (Schoenung, o.a., 2008) Vindskydd kan förorsaka en del ljusförluster på grund av skuggor som uppstår och man måste hitta en balans mellan ljusförlusten och vindskyddets fördelar. Ljusförlusterna är som störst på vintern, men genom att noga planera vindskyddets placering kan man minimera den mängd ljus som går till spillo. De kallaste vindarna blåser från norr och genom att placera vindskydd på norrsidan minimerar man ljusförluster. (Sheard, 1978) I vindriktningar där ljusbehovet är kritiskt och det finns problem med drivsnö skall man placera vindskydden längre ifrån växthuset. Då deponeras största delen av drivsnön framför vindskyddet. Ett annat alternativ för att förhindra snö från att nå taket på växthuset är att placera vindskydden ganska nära växthuset så att snön bärs över taket till andra sidan. Största skadorna förorsakas dock av tungt nedfall av snö under vindstilla förhållanden. (Sturrock, 1989)

103 S i d a Övriga fördelar Vindskydden minskar inte bara på energiförbrukningen utan de har även övriga fördelar. Arbetsförhållandena utomhus förbättras p.g.a. minskad blåst vid växthuset och om man har ett stort vindskydd med mycket träd, t.ex. en liten skog, kan man få trävirke ur vindskyddet. Man kan även plantera äppelträd och bärbuskar som vindskydd och då drar man nytta av deras skörd. Ett bra planerat och väl omskött vindskydd kan öka värdet på växthuset och dess område och vindskydden bör planeras väl eftersom de antagligen kommer att vara en del av växthusmiljön i 50 år framåt. (Randall, 2005)

104 S i d a 103 Ingmar Bäckström 10 Värmeproduktion 10.1 Olja eller biobränslen? Höga oljepriser är idag ett stort problem för energikrävande produktionsinriktningar. Därför är intresset för inhemska bränslen nu större än någonsin. Rent generellt kan sägas att oljans energipris i detta nu är ca tre gånger högre än inhemska energiformer som flis och torv. Under 1970-talet befann vi oss också i ett liknande läge med proportionellt sett höga energipriser i förhållande till produktpriserna. Problemet då var att de tekniska lösningar som fanns krävde stora arbetsinsatser, samtidigt som driftsäkerheten och funktionen inte var den bästa. I dag kan vi säga att nuvarande anläggningar är driftsäkra och har en funktion som är följsam i förhållande till variationer i effektbehov. Denna beskrivning är i första hand avsedd för växthusodling, men gäller generellt också för andra mindre och medelstora energiförbrukare Förplanering Innan man påbörjar en omläggning till fasta bränslen bör man göra en noggrann analys av läget och förutsättningarna eftersom den trots allt förorsakar en radikal och kostsam omställning. Nedanstående ges en checklista över vad man bör utreda och beakta. Varje anläggning bör utredas separat för sig eftersom förutsättningarna kan variera från anläggning till anläggning. Studera likartade anläggningar i drift. Intervjua ägarna och skötarna om bl.a. driftsäkerhet, arbetsinsatser, kostnader, lönsamhet och speciella problem. Man skall inte ge sig in på att vara försökskanin för något nytt, eftersom det idag finns välfungerande system. Vilka bränslealternativ har du? Kan du exempelvis utnyttja bränsle från egen skog? Finns organiserad försäljning och leverans av ex. torv och flis inom närområdet? Lås inte upp dig till endast ett bränsle utan planera så att du vid behov kan byta mellan exempelvis flis och bittorv! Bestäm anläggningens effekt utgående från toppeffektbehov och täckningsgrad. Bestäm anläggningens automatiseringsgrad utgående från kostnader och accepterad arbetsinsats. Kan befintliga byggnader utnyttjas? Vad säger brandbestämmelserna?

105 S i d a Planeringsprocess Bestämning av anläggningens toppeffekt och panneffekt Bestämning av anläggningens toppeffekt har redan behandlats i kapitel 2.3. I normala fall överdimensioneras en oljepanna med 20 % för att klara effekttoppar morgon och kväll. En fastbränslepanna däremot har bästa funktionen när den får fungera på hög effekt, vilket betyder att en panna som dimensioneras för toppeffekt kommer att arbeta endast på en låg delbelastning under större delen av sin drifttid. Toppeffekt behövs endast under korta perioder under en säsong, varför dess andel av energiförbrukningen är relativt liten. Dessa kan därför ersättas med olja eftersom vi trots allt behöver denna funktion med som säkerhet. Fastbränslepannans effekt kan lämpligen utgöra % av toppeffektbehovet, vilket kommer att täcka % av den totala energiförbrukningen Energiförbrukning Uppskattning av den årliga energiförbrukningen kan oftast göras på basen av tidigare årsförbrukningar. Nedanstående tabell visar den månadsvisa energiförbrukningen för växthus vid olika odlingstemperaturer:

106 Tabell Den månadsvisa energiförbrukningen för växthus vid olika odlingstemperaturer S i d a Bränslealternativ För val av bränsle bör utgångspunkten vara att det skall finnas tillgängligt inom rimliga avstånd. Bränslet bör kunna hanteras och användas i tillbudsstående pannutrustningar med rimliga arbetsinsatser. Generellt kan man säga att desto högre bränslets förädlingsgrad är, desto dyrare är det också. Bränslekostnaderna bör vara på en sådan nivå att lönsamhet uppnås. Minskade energikostnader skall täcka investeringar, ge skälig ersättning för merarbete som uppstår, samt ge ett netto i driften, annars är investeringen inte intressant. Oberoende av bränsleslag kan sägas att bränslekvalitén har en avgörande effekt på lönsamheten. Exempelvis hög fuktighet på bränslet ökar förbrukningen kraftigt och därmed minskar också lönsamheten. De mest aktuella bränslen i dag är trä och torv. Torvbränslen. För energiproduktion används torv som frästorv, bittorv och briketter. Bittorv är det mest lämpade alternativet, eftersom det fungerar väl i de tillbudsstående lösningarna i dag. Frästorv används närmast i större anläggningar, medan briketter har en högre förädlingsgrad och därmed också dyrare. Träbränslen. Trä kan användas i form av ved, flis eller pellets. Flis är det mest aktuella alternativet dels prismässigt, men också ur hanteringssynpunkt. Pellets

107 S i d a 106 vore ett ännu smidigare alternativ, men har svårt att konkurrera ekonomiskt i dagens läge. Generellt kan sägas att 1 fast-m 3 trä motsvarar 1,5 m 3 travad ved och 2,5 m 3 flis. Tabell Jämförelsetabell mellan olika bränslen Olja Odlarpris Nettopris Tungolja, POR ,3 /ton 718,0 /ton Lättolja, SK 1036,9 /m 3 839,3 /m 3 Energipriser: (utan moms, inkl. transporter,-accisåterbäring) Bränsleslag pris enhet (datum) energi-innehåll brutto rel.tal enh. verkn. nytto- enhet rel.tal netto /MWh grad/% energi effektivt /MWh Tungolja POR ,0 /ton ,33 MWh/ton 63,37 1 ton 90 10,20 MWh/ton 1 70,41 Lättolja, SK 839,3 /m ,00 MWh/m 3 83,93 1,17 m ,20 MWh/m 3 1,11 91,22 Bittorv (P13) 18,0 /m ,30 MWh/m 3 13,85 8,72 m ,11 MWh/m 3 9,23 16,29 Bittorv (P15) 20,0 /m ,50 MWh/m 3 13,33 7,55 m ,28 MWh/m 3 8,00 15,69 Frästorv 10,0 /m ,90 MWh/m 3 11,11 12,59 m ,74 MWh/m 3 13,82 13,55 Torvpellets 105,0 /ton ,00 MWh/ton 21,00 2,27 ton 88 4,40 MWh/ton 2,32 23,86 Träpellets 192,0 /ton (ca) 4,85 MWh/ton 39,59 2,34 ton 88 4,27 MWh/ton 2,39 44,99 Flis 16,0 /m 3 ex. 0,85 MWh/m 3 18,82 13,3 m ,68 MWh/m 3 15,0 23,53 Havre (exempel) 65,0 /ton ex. 4,10 MWh/ton 15,85 2,8 ton 85 3,49 MWh/ton 2,9 18,65 Havre (exempel) 175,0 /ton ex. 4,10 MWh/ton 42,68 2,8 ton 85 3,49 MWh/ton 2,9 50, Lönsamhetsutredning För att kunna göra en tillförlitlig lönsamhetsberäkning bör man känna till faktorer som: nuvarande energikostnader, investeringskostnader, finansieringskostnader och energikostnader efter investering. Denna görs separat för varje anläggning eftersom förhållandena varierar från anläggning till anläggning. Nedanstående kalkyl visar hur lönsamheten förändras efter en omläggning till fasta bränslen. Utgångsläget är att det finns en fungerande energiproduktion med olja som kan användas för toppeffektbehov och som reservfunktion Investeringens lönsamhet (uppföljning av verkligt projekt) Rent generellt kan man utgå från att investeringskostnaderna för en biovärmecentral ligger mellan /kw. Kostnaderna verkar kanske höga, men praktiken har visat att med dagens oljepriser blir lönsamheten trots allt god. Nedanstående exempel visar hur energikostnaderna förändrats i en befintlig växthusanläggning efter omläggning från tungolja till bittorv. Anläggningen är byggd 2008.

108 S i d a 107 Uppföljning av konkret förverkligat projekt i dagsläget Odling: Belyst tomatodling Växthusanläggningens omfattning Post Växthus/Byggnad Areal Odl.period Uppsk. förbrukn. Uppsk. energibehov Toppeffektbehov m 2 kwh/m 2 /år MWh/år kw 1 Glasväxthus Plastväxthus Totalt Motsv. oljeförbr. = kg/år Pannanläggn. effekt: 68 %-av toppeffektbehov = 1000 kw Nuvarande energiförbrukningskostnader Bränsle Mängd Enhet Energiförb./MWh/år Nyttoenergi/MWh/år Årskostnad/ Tungolja kg/år 3172,4 2855, ,0 Bittorv, (P15) m 3 /år 0,0 0,0 0,0 Underhållskostnader 1000 Totalt: Energiförbrukningskostnader efter omläggning Bränsle Ber. pris %-andel Energimängd/ Mängd Enhet Årskostnad/ MWh (förbrukning) Tungolja 719,9 3,5 99, kg/år Bittorv 20,0 96,5 2755, m 3 /år Underhållskostn Totalt: Inbesparade energikostnader = /år Investeringens storlek: (utan moms) Finansiering Investeringsstöd 20 % = Räntestödlån 0 % = 0 Banklån 75 % =

109 S i d a 108 Egen finansiering 5 % = Totalt Investeringens årskostnad: Räntor/Banklån: 4 % = Amortering/Banklån: 10 år = Årskostnad: Totala Årskostnader efter investeringen: Minskade årskostnader efter investering: X) X) Inkluderar finansieringskostnader. Räntekostnaden minskar gradvis Teknisk planering Innan vi planerar pannrumsbyggnaden bör vi slå fast vilken teknisk lösning vi kommer att använda. Pannutrustning och inmatningssystem bör vara av erkänt god kvalitet. Däremot kan man till en början acceptera enklare automatiseringsgrad, men planeringen bör göras så att funktionerna kan utvidgas efterhand. Normalt har vi en teknisk uppbyggnad i fem huvudkomponenter. Pannan. En oljepanna är normalt en övertryckstubpanna med rökgastuber placerade runt eldstaden. För fasta bränslen används en s.k. lådpanna där vi först har ett större förbränningsutrymme var den huvudsakliga förbränningen sker. Härifrån går de heta gaserna vidare till konvektordelen som är placerad i pannans bakre del, oftast i form av tubrör för större pannor. Pannan som är öppen i bottnen placeras på ett fundament i vilket askan samlas. Brännardelen kan också anslutas till fundamentdelen. Vid panndimensioneringen bör speciellt beaktas bränslets fukthalt. Om bränslets fukthalt är 30 % erhålls pannans instämplingseffekt vid rökgastemperaturen ca 230 C. Om fukthalten är 40 % bör pannan överdimensioneras 25 % och vid fukthalten 50 % (råflis) med 50 % för att få ut önskad effekt vid samma rökgastemperatur. Brännare. Som brännare har vi i huvudsak två alternativ. Dels s.k. stokerbrännare där bränslet matas in med skruv till ett s.k. brännarhuvud där förbränningsluft tillförs och en förbränning sker, och dels ett rörligt rostsystem till vilket bränslet matas och blandas med förbränningsluft. Detta system används närmast i större anläggningar. Bränslelager. Lagringsvolymen för fasta bränslen är betydligt större än för olja. Helst borde lagring kunna ske skyddad från regn och snö. Lagringsstorleken bör minst motsvara 1,5 gånger leveransvolymen (ex. traktorsläpvagn, lastbil med släp) Automatiseringsgraden för bränslepåfyllning från lager har en avgörande betydelse på investeringens storlek. För mindre anläggningar upp till 500 kw rekommenderas en påfyllningssilo vars volym vid toppeffektsdrift täcker minst ett dygns

110 S i d a 109 förbrukning. Tidsåtgången för påfyllning är ca 15 min. Då är man beroende av frontlastare, men denna finns oftast från tidigare i anläggningen. En volym motsvarande 2 m 3 /100 kw panneffekt täcker ett dygns förbrukning. För större anläggningar rekommenderas att automatisk påfyllning sker direkt från lager utan mellanpåfyllning. Askutmatning. Fasta bränslen producerar alltid aska. Dels som lös aska och dels i form av slagg. Speciellt vid användning av torv bildas en hel del slagg, vilket ställer stora krav på askutmatningen. För små anläggningar kan askuttag ske för hand, men över 100 kw panneffekt bör den ordnas mekaniskt exempelvis med skruvutmatning till utvändig behållare med styrning i proportion till bränsleinmatning. Värmeackumuleringscistern. För en traditionell odling utan belysning är det tveksamt huruvida en ackumulerande vattencistern är lönsam. I odlingar med belysning däremot har vi litet värmebehov under belysningsperioder och följaktligen överskottskapacitet på värmepannan. Under dessa perioder kan man följaktligen utnyttja toppeffekten till att ladda ackumuleringstanken och utnyttja den uppladdade energin när full effekt behövs. Detta betyder i praktiken att värmeanläggningens effekt kan minskas något. Storleken varierar med behov och pannkapacitet, men generellt sett kan man säga att för 1 m 3 vattenvolym erfordras en energimängd på 1,163 kwh för att värma vattnet 1 C. I praktiken kan man säga att man har nytta av temperaturer mellan ca C, alltså temperaturvariationer på ±30 C. Exempelvis en ackumulatortank på 100 m3 som laddas från C skulle kräva en energimängd på: 100 m 3 x 1,163 kwh/m 3 / C x 30 C = 3489 kwh. Om man önskar få den laddad under en tidsperiod på 15 timmar krävs en laddningseffekt på: 3489/15 = 232,6 kw. Om man i omvänd ordning önskar utnyttja den lagrade energin under en tidsperiod på 6 timmar blir tillgången: 3489/6 = 581,5 kw effekttillskott till panneffekten Byggnader Med tanke på ökad brandrisk rekommenderas att värmecentralen byggs helt fristående från andra byggnader. Pannrummet byggs helt i obrännbart material, medan bränslelagret samt eventuell bränslesilobyggnad byggs som en oisolerad enkel byggnad. Rådfråga alltid byggnads- och brandmyndigheter på orten vilka bestämmelser som gäller. Nedan visas exempel på två vanliga värmeanläggningar. En större, helautomatisk värmecentral på 1000 kw, lämplig i effektklasserna kw, samt en mindre som fylls med frontlastare max. 1 gång per dag och lämpar sig för effektbehov på 500 kw och mindre. För den senare storleksklassen behövs ytterligare att man har någon form av bränslelager som skyddar mot snö och regn Exempel på biovärmecentraler För mindre anläggningar har byggts ett stort antal värmecentraler för inhemska bränslen av s.k. flyttbara värmecentraler, eller kont-modell som de allmänt kallas. Centralen levereras som modul med byggnad, inredningar och installationer färdigt monterade att placeras på en förgjuten betongplatta. Till denna behövs ytterligare ett bränslelager anpassad med de

111 S i d a 110 bränslemottagningsmängder som är aktuella. Dessa lämpar sig väl i effektklasser upp till 500 eller 700 kw. Påfyllningsfickan bör ha en storlek som motsvarar minst ett dygns förbrukning vid fullt effektuttag. 400 kw MAXIKONT (Megakone) Figur Biovärmecentral, 400 kw MAXIKONT. Figur MAXICONT 350 kw, Mats Nordström i Övermark. Figur Ala-Talkkari slussinmatningssystem.

112 S i d a 111 För större anläggningar bygger man oftast anläggningen med helautomatisk inmatning från bränslelager till pannan. Gränsen för lönsamhet med helautomatisk inmatning ligger vid effektstorlekar på cirka 700 kw. På marknaden finns ett antal företag som levererar kompletta anläggningar. Den vanligaste lösningen har varit att köparen uppför byggnaderna i egen regi och teknikleverantören levererar, installerar och sköter inkörningar och service. De vanligaste tillverkarna har varit Kyrö Oy för storleksklasser kring kw och större anläggningar har varit Nakkilan Konepaja Oy. Nedan en presentation av anläggning med Kyrös teknik. Figur Kyrö Oy:s pannsystem med rörliga trapproster hopbyggd kopplad till panna med eldstad och hopbyggd konvektionsdel med stående rökgastuber. Figur Kyrös rörliga trapproster medger en flexibel användning av olika typer av bränslen.

113 Figur Visar en anläggning med Kyrös teknik. S i d a 112

114 Figur Stig-Erik Vikars 1,5 MW växthusvärmecentral i Yttermark. S i d a 113

115 11 Elproduktion S i d a 114 Fredrik Ek 11.1 Småskalig kraftvärmeproduktion med flis som bränsle Energiproduktionen i egen regi? Värme idag, värme och el i morgon? Många växthusodlare och andra landsbygdsföretagare som förbrukar mycket el och värme går och funderar på möjligheterna att inte enbart producera värme med egna bränslen utan också på att producera el. Speciellt aktuella är dylika funderingar för växthusodlare med uppvärmda och belysta odlingar. Hos oss är det mycket ovanligt med egen elproduktion inom växthusnäringen, medan värmeproduktion med biobränslen är vardag. I Mellaneuropa är det däremot vanligt att växthusföretag också producerar sin egen el. Den viktigaste orsaken till den här skillnaden är att elektriciteten i Mellaneuropa kostar ungefär dubbelt så mycket som hos oss. I och med att det nordiska elnätet framöver starkare kommer att kopplas samman med det mellaneuropeiska, är det rimligt att anta att det här också på sikt kommer att bidra till att elpriset på den nordiska marknaden kommer att stiga. Förutom det direkta elpriset gör anslutningsavgifter på tiotals tusen euro för växthusanläggningar med ett effektbehov i storleksklassen 1000 A, att många funderar på möjligheterna att sköta elproduktionen i egen regi Kraftvärmeproduktion med traditionella bränslen Det enklaste sättet att producera elektricitet med en kraftvärmeanläggning är genom att bränna ett ädelt bränsle som brännolja eller flytgas i en motordriven kraftvärmeanläggning. Det säger sig självt att ju dyrare bränsle man använder, desto sämre blir det med lönsamheten. Brännoljans pris per MWh är i dagsläget ungefär på samma nivå som elpriset för större elkonsumenter, medan flytgas eller naturgas är något billigare. Småskalig kombinerad el- och värmeproduktion är ovanlig hos oss, också när det kommer till traditionella kraftvärmebränslen som olja eller gas. Orsaken är enkel; det lönar sig inte. För att illustrera det här, gjorde jag en liten överslagskalkyl över hur lönsam driften av ett litet gaskraftverk kunde vara. I beräkningarna tog jag inte hänsyn till vare sig investerings- eller underhållskostnader, utan enbart till direkta bränslekostnader.

116 S i d a 115 Tabell Kraftvärme med flytgas Isaksson Kraftvärmeproduktion med flytgas Isaksson Värmevärde Flytgas 12,30 MWh/ton Verkningsgrad elproduktion med CHP 0,34 Verkningsgrad värmetillvaratagande från CHP 0,85 Verkningsgrad enbart värme med gaspanna 0,95 Verkningsgrad värmeproduktion CHP 0,56 Totalverkningsgrad värme och el med CHP 0,90 Flytgasbehov per MWh el med CHP Värme per MWh el med CHP Pris flytgas moms 0% Pris el och överföring moms 0% Bränslekostnad enbart värmeproduktion med flytgas Bränslekostnad för en MWh el med CHP Den producerade värmens värde per MWh el med CHP Värde värme och el med CHP Värde värme (samma mängd flytgas bränns i gaspanna) 0,24 ton/mwh el 1,65 MWh 797,0 /ton 90,0 /MWh 68,2 /MWh 190,58 /MWh el 112,54 /MWh el 202,54 /MWh el med CHP 190,58 med gaspanna Flytgasens värmevärde är 12,3 MWh per ton. Totalverkningsgraden för kraftvärmeanläggningen har antagits vara 85 %, medan verkningsgraden för elproduktionen är 34 %. Det här måste ses som ett mycket bra värde för en mindre gasmotor som arbetar enligt Ottoprincipen. Flytgasens skattefria pris är här knappt 800 /ton, medan elpriset inkluderande överföringen är 90 /MWh. Utgående från en pannverkningsgrad på 95 % för en gaspanna, landar man på en nettobränslekostnad per producerad MWh värme på 68,2 /MWh. Den här summan har använts som referens för beräkningen av värdet för den vid sidan av elproduktionen producerade värmen. Bränslekostnaden per producerad MWh el skulle enligt beräkningarna uppgå till 190,6 medan värmens värde skulle vara 112,5. När man lägger till värdet av den producerade megawattimmen el landar man på ett totalt värde för värmen och elektriciteten på 202,5. I jämförelse med produktion av enbart värme åstadkommer man alltså en värdeökning på 6 % (202,54/190,58). Med ett något sämre förhållande mellan värme och el går kalkylen på minus i stället. En så liten värdeökning som 6 % räcker inte till för att det skall vara mödan värt med egen elproduktion med allt vad det innebär av dyrare, mer komplicerad och mer underhållskrävande teknik.

117 S i d a Behov av el- och värmeeffekt på växthusföretag Installationseffekt och areal Vid belysta växthusodlingar brukar man räkna med en installationseffekt för belysningen på 250 W/m 2. Den största delen av de nyare åretruntodlingarna är i dagsläget på mellan 5000 och m 2, medan några företag har odlingar på upp några tiotal tusen m 2. I grova drag kan man alltså tala om ett effektbehov för belysningen för en modern finsk växthusodling på mellan cirka 1 och 10 MW Förhållandet mellan värme, el och ljus Den mest använda typen av lampor i växthussammanhang är högtrycksnatriumlampor som i grova drag omvandlar en tredjedel av elenergin till ljus och två tredjedelar till värme. Det här betyder i praktiken att belysningen under normala väderleksförhållanden långt brukar klara av att stå för uppvärmningen av växthusen under de timmar av dygnet då lamporna är påslagna. Också vid produktion av elektricitet med en kraftvärmeanläggning är alltid huvudprodukten värme. Vilket förhållande man kan nå mellan värme och elektricitet beror på vilken teknik och vilket bränsle man använder. Vid långt optimerad kraftvärmeproduktion med ädla bränslen, blir förhållandet mellan värme och el något mellan 1,5/1 och 2/1, medan förhållandet mellan behovet av värme och el på en belyst tomatodling brukar vara ungefär 1/1. Det är alltså uppenbart att man vid en växthusodling inte kan täcka hela elbehovet med egenproducerad el utan att få överskottsvärme. Avsättningen för värme blir den faktor som reglerar hur mycket el man rent teoretiskt kan tänka sig producera Variationer i effektbehovet: Exempel Vid odling av växthusgrödor året runt i vårt klimat gäller att behovet av värme och el varierar både från månad till månad och inom dygnets timmar. Dessutom påverkas behovet av värme och el för belysning kraftigt av väderfenomen som köldknäppar och längre molniga perioder. För att illustrera hurudana variationerna är med konkreta exempel, presenteras ett par praktiska exempel från två växthusföretag. Exemplet är taget från en gurk- och tomatodling på totalt 6500 kvadrat där cirka halva ytan är belyst och odlas i princip året om. I det aktuella fallet har man investerat i en flispanna för värmeproduktionen. Oljan som eldas förbrukas i stort sett endast för produktion av koldioxid.

118 S i d a 117 Figur Energiförbrukningen i MWh per månad. Figur Det genomsnittliga effektbehovet i kw. Effektbehovet för belysning och uppvärmning varierar dessutom kraftigt beroende på tiden på dygnet. Någon statistik på det här fanns inte att tillgå från företaget i exemplet ovan. Nedan ett exempel på effektförbrukningen för el och värme baserad på statistik från var tredje timme från ett annat växthusföretag som odlar tomat året runt.

119 S i d a 118 Figur Lamporna står påslagna mellan morgonnatten och tidig eftermiddag. Uppvärmningens effektbehov är som störst efter att solen gått ner och innan man kopplar till belysningen igen efter midnatt nästa dygn. Uppgifterna ovan är från tiden mellan den och den Växthusanläggningen i exemplet är ny och omfattar en halv hektar med året runt odling. Basförbrukningen av el är cirka 20 kw när belysningen inte är påslagen. Med belysningen påslagen fullt ut stiger effektförbrukningen till cirka 1100 kw Varierande effektbehov ställer krav på energiproduktionen De stora variationerna i effektbehov för belysningen gör att den optimala lösningen skulle vara att ha en kraftvärmeanläggning med stor kapacitet som behändigt kan köras upp och ner. I fråga om uppvärmningsenergin är variationerna i effektbehov mycket mindre än för elförbrukningen, både mellan årstiderna och inom dygnets timmar. Dessutom går det att lagra värme i stora ackumulatortankar för att kompensera växlingar i effektbehov mellan olika tider på dygnet. På våren då naturligt ljus finns att tillgå, behövs ingen belysning. Det här medför samtidigt att uppvärmningens energiförbrukning då ökar i och med att lampornas uppvärmningseffekt faller bort. När det är som varmast mitt under sommaren sjunker uppvärmningsbehovet på nytt för att nå en andra topp innan belysningssäsongen igen kör igång Producera en del själv, köp resten Det faktum att förhållandet mellan värme- och elbehov på en belyst växthusanläggning är nära 1/1 medför i praktiken att man med en kraftvärmeanläggning där huvudprodukten är värme inte kan täcka hela elbehovet för belysningen utan att få överskottsvärme. Det mest realistiska kraftvärmeproduktionsalternativet är därför att producera all värme man behöver med en eller flera kraftvärmeanläggningar men endast en del av elektriciteten. Den återstående andelen av elektriciteten, den som man inte själv kan producera ekonomiskt, köper man från elnätet. Det här konstaterandet gäller åtminstone för dagens växthus och belysningslösningar, samt de former av kraftvärmeanläggningar som finns idag. Med eventuella framtida belysningsanläggningar som ger ut en större andel av den tillförda elenergin i form av för växternas fotosyntes lämpligt ljus, kan det lättare gå att sköta hela energiproduktionen i egen regi. Om förhållandet mellan en växthusodlings el-

120 S i d a 119 och värmebehov bättre passar ihop med det förhållande man når med dagens kraftvärmeanläggningar, går det i princip att undvika överskottsvärme. En dimensionering av elproduktionskapaciteten för att täcka endast en del av elbehovet medför att man i princip kan välja mellan ett flertal olika tekniska lösningar i olika effektklasser. I det följande går jag kortfattat igenom ett antal olika tekniska lösningar som använts för småskalig elproduktion utgående från träflis Produktion av kraftvärme Storskalig kraftvärmeproduktion Den mest etablerade tekniken för kraftvärmeproduktion bygger på användandet av en värmekälla i kombination med en ångturbin. Den här tekniken används allmänt för kraftvärmeproduktion i större enheter, från cirka 10 MWe till över 1000 MWe. Med undantag för vatten- och vindkraft bygger i grova drag all kraftproduktion på den här cykeln. Vatten förångas i en ångpanna, ångan överhettas i en överhettare varefter ångan expanderas genom en ångturbin med flera expansionssteg varvid mekanisk energi utvinns. Från turbinen leds ångan till en kondensor där värmen antingen utnyttjas för produktion av varmvatten för fjärrvärme (kraftvärmeproduktion vid kolkraftverk) eller leds ut till omgivningen (enbart kraftproduktion ex. kärnkraftverk) Småskaliga ångturbiner Rent i princip ligger det närmast till hands att tänka sig att utnyttja samma teknik i mindre skala vid småskalig kraftvärmeproduktion som vid mer storskalig produktion. I Finland har Savonia Power Oy utvecklat en containerbaserad enhet för en eleffekt på 1 MW och 3,5 MW värme. Företaget har hittills endast byggt en försöksanläggning. Det största problemet med den här tekniken är inte att man i sig inte skulle få den att fungera, utan att lösningen blir alltför dyr när man bygger den i liten skala ORC-anläggningar ORC-anläggningar. (Organic Rankine Cycle) ORC teknik används rätt utbrett främst för att utnyttja restvärme från någon annan verksamhet och få ut en del av energin i form av elektricitet. Exempel på tillämpningar är utnyttjande av restvärme från motorer som trycksätter naturgas vid en pumpstation, eller restvärme från gasmotorerna vid en stor biogasanläggning. Tekniken har också använts för att utnyttja geotermisk värme och spegelkoncentrerad solvärme. En ORC-anläggning arbetar i princip enligt samma princip som en ångturbin, men med skillnaden att man i stället för vatten använder ett organiskt medium med lägre kokpunkt och högre molekylmassa som exempelvis propan eller toluen. Poängen med att använda ett annat medium än vatten är att man kan utnyttja värmekällor med lägre temperatur. De medium man använder i ORC-anläggningar har i regel lägre kokpunkt än vatten och dessutom den fördelen att de inte bildar droppar under expansionen i turbinen. På grund av en turbins höga rotationshastighet leder droppbildning till att turbinbladen eroderar sönder.

121 S i d a 120 För att undvika det här, och för att nå högre verkningsgrad, använder man överhettare i vanliga ångturbiner, användandet av en överhettare kräver i sin tur att man har tillgång till en värmekälla med hög temperatur och bidrar till att göra hela anläggningen fysiskt större, dyrare och tekniskt mer avancerad. Den största tillverkaren av ORC-anläggningar som eldas med biomassa är Italienska Turboden. Turbodens anläggningar bygger på att en värmeöverföringsolja hettas upp i en hetoljepanna, den heta oljan värmeväxlas i sin tur mot det medium som används i ORCprocessen. I praktiken betyder det här att anläggningen inte kan installeras som ett tillägg till en befintlig panna utan kräver helt egna lösningar från början till slut. Turboden marknadsförde vid årsskiftet anläggningar inom eleffektintervallet 0,6 MW 2,2 MW. Figur Schema över Turbodens ORC-anläggning, värmeöverföringen från pannan till ORCenheten sker indirekt med hjälp av värmeöverföringsolja som pumpas runt. Figur Schema över förhållandet mellan värme och el med Turbodens ORC-anläggning. Notera att det som räknas som 100 % input här är den energi som kommer in från hetoljepannan. Pannans verkningsgrad är alltså inte medräknad här.

122 S i d a 121 Figur En Turboden anläggning med eleffekten 800 kw på ett österrikiskt sågverk. Anläggningen eldas med fuktigt spån, flis och bark och den producerade värmen används för torkning av trävaror. Holländska Triogen hade vid årsskiftet levererat cirka 20 kraftvärmeanläggningar som baserar sig på ORC-teknik. Deras koncept har i första hand byggt på att ta vara på restvärme från gasmotorer. Med en insats på 900 kw värmeenergi med en temperatur på cirka 500 grader tar de ut 150 kw el. Vid årsskiftet pågick försök med tre anläggningar som eldas med fastbränsle. Till skillnad från Turboden använder Triogen inget värmeöverföringsmedium mellan fastbränslepannan och ORC-anläggningens förångare. Rökgaserna värmeväxlas direkt mot förångaren efter avskiljning av de grövsta partiklarna med hjälp av en rökgascyklon. Triogens koncept omfattar ett inbyggt automatiskt rengörningssystem av förångaren. Figur En ORC-anläggning från holländska Triogen har här installerats för att ta tillvara restvärme från en biogasanläggnings gasmotorer.

123 S i d a Sterlingteknik Funktionsprincip I en sterlingmotor förflyttas en trycksatt gas (oftast helium) omväxlande mellan en cylinderända där gasen upphettas och en cylinderända där gasen kyls. Förflyttningen av gasen sker med hjälp av ett mekaniskt drivet kolvarrangemang som får sin kraft från motorns vevaxel. Den omväxlande upphettningen och avkylningen av gasen medför att den inneslutna gasens tryck förändras. Tryckskillnaderna driver runt maskinens vevaxel via arbetskolven som åker fram och tillbaka. Figur En sterlingmotor av β-typ. Motorn har en cylinder med två kolvar, en arbetskolv (den övre och en förträngarkolv (den nedre). Förträngarkolven sluter inte tätt mot cylinderväggarna. Kolvarna är med vevstänger förbundna till motorns svänghjul med en förskjutning på 90. Den nedre delen av cylinderns värms upp medan den övre delen avkyls. Från vänster till höger: Gasen i cylindern värms upp och expanderar i och med att största delen av den är i kontakt med cylinderns heta ända. Expansionen driver arbetskolven uppåt. Vid den andra bilden från vänster har förträngarkolven börjat röra sig nedåt varigenom gasen förflyttas från den heta ändan av cylindern till den kalla ändan. Det här leder till att trycket i cylindern sjunker. Kompressionen av gasen kräver alltså mindre energi än gasens expansion gav. På bilden längst till höger har arbetskolven nästan nått sitt nedre dödläge samtidigt som förträngarkolven börjat förflytta gasen från cylinderns kalla ända till den varma ändan på nytt. Bilderna är tagna från (Wikipedia/stirling_engine, 2012). Det faktum att förbränningen som driver en Sterlingmotor sker utanför cylindrarna gör att man i princip kan driva motorn med vilken värmekälla som helst. Den kontinuerliga förbränningen medför samtidigt att driften är rätt tyst vilket i sin tur har lett till att man bland annat utnyttjat Sterlingmotorer för att driva u-båtar. Sterlingmotorer finns i ett flertal olika utförande, V-konfiguration och med både förträngarkolv och arbetskolv arbetande i en och samma cylinder. I flercylindriga arrangemang kopplas flera olika enheters vevaxlar samman till att driva samma huvudaxel Små sterlingmotorer På Internet hittar man enkla sterlingmotormodeller som man själv kan bygga av mycket enkla material. De här gör man inget med i praktiken, men roliga leksaker är de för små och stora barn.

124 S i d a 123 Figur En liten sterlingmotor som skribenten byggt av några konservburkar, järntråd och en CDskiva. Figur Både österrikiska KWB (bilden till vänster) och tyska Sunmaschine (bilderna till höger) har tillverkat små på sterlingteknik baserade träpelletsdrivna kraftvärmeanläggningar i effektklassen något tiotal kw värme och 1 3 kw, el ägnade för egnahemshus. Tyvärr har båda företagen varit tvungna att lägga ner produktionen på grund av problem med tillförlitlighet och ekonomi Langballigs närvärmeanläggning i Tyskland I Langballig i nordvästra Tyskland intill den danska gränsen finns ett litet kraftvärmeverk baserat på sterlingteknik. Anläggningen består av en motströmsförgasare för flis med effekten 0,5 MW och två dansktillverkade (Stirling.dk) sterlingmotorenheter (2 * (35 kwel/145 kwth)). Anläggningens totalverkningsgrad uppges vara 85 % medan elproduktionens verkningsgrad räknat från flisens energiinnehåll är 16 %. Vid driften av anläggningen strävar man efter att komma till 6000 driftstimmar per år, det här skulle ge en årlig elproduktion på 420 MWh och en värmeproduktion på 1700 MWh.

125 S i d a 124 Figur Den småskaliga kraftvärmeanläggningen i Langballig utifrån, samt ett schema över anläggningens värme- och elproduktionskapacitet. Närvärmeanläggningen förlitar sig ändå inte uteslutande på kraftvärmeanläggningen utan där finns dessutom en schweizisk flispanna (Schmidt) med effekten 0,9 MW och en oljepanna som reserv med effekten 0,7 MW. Anläggningen omfattar dessutom två ackumulatortankar med en sammanlagd volym på 60 m 3. Flissilon har en volym på 90 löskubik och är utrustad med hydrauliska skrapor. Värmeverket värmer 170 fastigheter och kulvertnätverket har en totalländ på 6 km. Den årliga värmeproduktionen uppgår till 3600 MWh. Anläggningen byggdes ursprungligen av kommunen men ägs och drivs numera av staden Flensburgs energiverk. Motströmsförgasaren som utgör en del av kraftvärmeanläggningen förgasar flis med fukthalten 35 %. I den här anläggningens fall är det en fördel att flisen är fuktig, det här i och med att man eftersträvar att den avgående gasen skall ha en så låg temperatur som möjligt. En motströmsförgasare kan förenklat sägas vara ett grovt vertikalt rör med tillförsel av förgasningsluft nerifrån medan flis tillförs uppifrån. Ju högre upp i den flisfyllda gasgeneratorn man går, desto lägre blir temperaturen. I motströmsförgasaren i Langballig håller man den producerade gasens temperatur under 100 grader, vilket innebär att gasen innehåller stora mängder små vattendroppar. Det här är Langballigs fall viktigt i och med att gasen också innehåller väldigt mycket tjära som vid högre temperaturer skulle bilda avsättningar i gasledningen mellan gasgeneratorn och pannan där gasen förbränns. Avsättningar i gasledningen leder med tiden till att röret sätts igen. I och med att gasen hålls blöt förhindras tjäran från att brinna fast och dessutom bidrar vattnet till att skölja rent röret. Anläggningens gasledningar har redan en gång byggts om pga. problem med tjäravsättningar. Den producerade gasen förbränns blandad med luft i en specialdesignad brännare i ena ändan av en för ändamålet modifierad panna. I andra ändan av pannan, mitt emot förbrännaren är sterlingmotorn placerad. Anläggningen togs i bruk under slutet av år 2010 och har dragits med tekniska problem. Ett problem hänger samman med utmatningen av aska från motströmsförgasaren, dessutom har man haft hållfasthetsproblem med sterlingmotorns vevhusmekanismer.

126 S i d a 125 Figur På bilden till vänster är pannan öppnad i sterlingmotorns ända. På bilden till höger ser man den fyrcylindriga sterlingmotorns värmeväxlare. Värmeväxlaren är rätt gles för att den skall vara möjlig att vid behov rengöra. Figur Till vänster en bild av anläggningens kontrollpanel och till höger en visualisering av sterlingmotorn och motströmsförgasaren. I Stirling dk:s fall har man strävat till att undvika läckage av heliumgas från sterlingmotorn genom innesluta generatorn i samma tryckkärl som omger den övriga mekaniken Mikroturbin för luft En intressant biobränslebaserad kraftvärmelösning är den som brittiska Talbotts har tagit fram. Funktionsprincipen bygger på att filtrerad luft från omgivningen komprimeras med hjälp av två turboaggregat, den komprimerade luften hettas sedan upp i en värmeväxlare i anläggningens biobränslepanna varefter den upphettade och trycksatta luften expanderas genom turboaggregatens turbinhalvor för drift av luftkomprimeringen. Efter att luften passerat två turbiner för drift av luftcirkulationen i sig passerar luften genom ytterligare två turbiner som driver elproduktionen. I Talbotts system är komprimeringen av luft indelad i två steg, först förkomprimeras luften i ett fysiskt större turboaggregat varefter luften mellankyls för att sedan efterkomprimeras i ett mindre och mer högvarvigt turboaggregat. Efter att luften passerat genom värmeväxlaren i pannan expanderas den först i högtrycksturbon och sedan lågtrycksturbon varefter luften slutligt expanderas i två turbiner som driver höghastighetsgeneratorer. Med hjälp av inverterteknik håller man koll på frekvens och spänning hos den alstrade elektriciteten.

127 S i d a 126 Figur Brittiska Talbotts har utvecklat en kraftvärmeanläggning som bygger på en luftturbin. Den här modellen är byggd för produktion av 25 kw el. Figur Talbotts har tillverkat anläggningar med en eleffekt på mellan 25 och 100 kw. Förbränningen av bränslet sker på traditionellt vis i en brännare med rörlig rost. I Talbotts system används luften som passerat turbinerna som driver elproduktionen ytterligare för tillförsel av förbränningsluft till pannan och för utvinnande av varmvatten för uppvärmningsändamål. Totalverkningsgraden är kring 80 % medan elproduktionens verkningsgrad är mellan 20 och 25 %. Priset för en anläggning med eleffekten 50 kw är i storleksordningen utan flislager och byggnader. I anläggningarna har man utnyttjat kommersiellt tillgänglig turboteknik som är i allmän användning i tunga fordon. Tekniken är i princip enkel och har visat sig vara rätt tillförlitlig, man har kommit upp till tillgängligheter på upp till 8000 timmar per år. Pga. användandet av konventionell förbränningsteknik samt det faktum att inga förbränningsgaser kommer i kontakt med rörliga delar, klarar sig anläggningarna med förhållandevis litet service. Vid Villmanstrands tekniska högskola arbetade man vid årsskiftet på ett motsvarande koncept.

128 Termisk förgasning i kombination med intern förbränningsmotor S i d a Förgasningsteknikens historia En lösning för kraftvärmeproduktion som många funderar på är den som bygger på termisk medströmsförgasning och på förbränning av produktgasen i en förbränningsmotor. Den här tekniken bygger på samma grundfenomen som användes redan under andra världskriget på många håll där man inte hade tillräcklig tillgång till flytande bränslen. Gengasteknik har använts för drift av personbilar, lastbilar, motorcyklar, traktorer, båtar och tåg, tekniken har alltså använts för drift av snart sagt alla former av fordon, till och med för drift av något enstaka spaningsflygplan under kriget. Under och efter kriget användes tekniken också för drift av stationära motorer exempelvis inom lantbruket och vid sågverk Hur en medströmsförgasningsanläggning fungerar Förgasning av flis i en medströmsförgasare görs genom en partiell förbränning av bränslet (cirka % av bränslet bränns) för att alstra den behövliga värmen för de reduktionsreaktioner som omvandlar de heta förbränningsgaserna till en brännbar gasblandning. Värmestrålningen från förbränningen driver på förkolningen av bränslet högre upp i gasgeneratorn. Vid förkolningen bildas stora mängder pyrolysgas som innehåller tjära. När man förgasar trä i en medströmsförgasare är det av yttersta vikt att kontrollera temperaturen i gasgeneratorn. Över hela gasgeneratorns tvärsnitt måste man uppnå en tillräckligt hög temperatur för att pyrolysgasernas stora tjärmolekyler skall sönderdelas i mindre gaskomponenter som kolmonoxid, vätgas och metan. Figur Ett schema över en Imbert gengasanläggning från andra världskriget. Av alla försök som gjorts med stationär elproduktion med medströmsförgasningsteknik, har över 90 % strandat på att gasen innehållit för mycket tjära för att kunna användas som

129 S i d a 128 bränsle i en motor med intern förbränning. I en konventionell förbränningsmotor är det i första hand insugningsventilernas skaft som tenderar att klibba fast. Också om man rent tekniskt lyckas med förbränning av en tjärhaltig gas i en förbränningsmotor utgör ändå reningen av gasen ett problem. Tjäran tenderar att täppa till filteranordningar och utgör redan i sig en problematisk restprodukt att hantera. Om man lyckas uppnå tillräckligt hög temperatur i gasgeneratorn och också i övrigt får förgasningsprocessen att fungera ordentligt, utgör tjäran inte ett problem. Med en medströmsförgasare är bränslets fukthalt av väldigt stor betydelse, bränslet skall vara så torrt som möjligt för att förgasningsprocessen skall fungera väl. Dessutom är det viktigt att bränslet inte innehåller för mycket fina partiklar. Flis som består av sinsemellan jämnstora bitar i storleksklassen en halv tändsticksask kan ses som något av ett idealt bränsle, i praktiken går det att förgasa också kommersiellt tillgänglig vanlig flis, men ju större effekt man strävar efter, desto grövre flis behöver man för att processen skall fungera väl. Det gäller att se till att tomrummet mellan kolbitarna i gasgeneratorn inte fylls upp med aska och finfördelat damm som täpper till gasflödet och förhindrar en jämn temperaturfördelning. Till medströmsförgasarens natur hör att man inte kan skala upp tekniken till särskilt stora effekter, 500 kw termisk effekt kan ses som ett slags tak för mer eller mindre tjärfri traditionell medströmsförgasning. Det här betyder i praktiken att man inte just kan uppnå en elproduktionseffekt på mycket över cirka 150 kw med en enda förgasningsenhet. Den producerade gasen består i grova drag av följande komponenter: Kväve, 50 %, inert gas som härstammar från luften och späder ut gengasen. Kolmonoxid, 23 % brännbar gas. Vätgas, 20 % brännbar gas. Koldioxid, 5 % inert gas, ju våtare flis, desto mer koldioxid. Metan, 2 % brännbar gas. Gengasens värmevärde brukar vara mellan 4 och 5 MJ/kubikmeter, som jämförelse är naturgasens värmevärde (metangas) 38,7 MJ/kubikmeter. Gengasens värmevärde är alltså en storleksordning lägre än naturgasens. Det här gör att det inte exempelvis lönar sig att komprimera gengas i gasflaskor. Genom att vid förgasning istället för luft använda syre eller överhettad ånga som förgasningsmedium kan gasens värmevärde ökas avsevärt i och med att man blir av med kvävet. När gengasen lämnar en medströmsförgasare har den en temperatur på cirka 600 C och innehåller både vattenånga, sotpartiklar och aska. För att gasen skall lämpa sig som bränsle för en traditionell förbränningsmotor måste den kylas och renas. Värmen från gasens kylning kan till stor del användas för uppvärmningsändamål. Vid separeringen av sot och aska från gasen finns det flera möjliga vägar att gå, de vanligaste lösningarna bygger på att gasen antingen tvättas med vatten i ett våtfilter eller på att gasen filtreras genom ett dukfilter vid en temperatur som är högre än gasens daggpunkt. Ytterligare en lösning på filtreringsproblemet bygger på användandet av elektrostatfilter.

130 S i d a 129 Vid torrfiltrering avskiljs sotet och askan i form av ett torrt damm, medan sotet i ett våtfilter blandas med vatten och bildar ett sotslam. Med en lösning som bygger på torrfiltrering är det möjligt att helt låta bli att kondensera ut vatten ur gasen, vattnet som finns i ångform i gasen får då passera vidare ut genom förbränningsmotorn. Det här förfarandet sänker motoreffekten och verkningsgraden en del, men har fördelen att man helt slipper kondensvattnet från gaskylningen. Beroende på hur processen fungerar, kan kondensvattnet antingen vara rätt harmlöst eller klart skadligt. Ett enkelt sätt att lösa avfallsproblemet är att över huvudtaget inte avskilja kondens från gasen. Med våtreningsteknik kan kondensering av vatten inte undvikas, men tekniken i sig är robust och enkel och går att bygga för väldigt lågt tryckfall. När gasen kylts och renats kan den förbrännas i en förbränningsmotor blandad med cirka lika delar luft. Den vanligaste lösningen för driften av själva gasproduktionsprocessen är att motorn i sig suger gas genom systemet. Nödvändigtvis behövs det alltså inga fläktar för att hålla processen igång. Vid kontinuerlig drift av en gengasanläggning är det givetvis viktigt att tillförseln av bränsle sker automatiskt. I och med att en gasgenerator brukar arbeta under ett lätt undertryck och i och med att det är kritiskt för processens funktion var och hur primärluften introduceras, krävs att inmatningsanordningarna för flis är mer eller mindre lufttäta. En fördel med förgasningstekniken är att den i princip skapar möjligheter till en mycket ren förbränning av fasta bränslen. Ett exempel på det här är att partikelutsläppen från en gengasdriven motor är i det närmaste noll. Också i fråga om kolmonoxid och kväveoxider går det att uppnå väldigt låga utsläppsvärden. En förgasningsanläggning förbränner inte fastbränslet som sådant utan förädlar först bränslet till en gas vars förbränning är betydligt lättare att kontrollera än förbränning av det fasta bränslet i sig. Med gengasteknik går det också i princip att ersätta förbränning av olja eller naturgas med förgasat trä, utan att bytet av bränsle i sig kräver egentliga förändringar på den befintliga utrustningen, förutom ett byte av brännaren i sig. I växthussammanhang är det av stort intresse att kunna producera koldioxid för koldioxidgödsling utgående från träbränsle. Det här är ännu inte verklighet, men det är fullt möjligt att lösningar för det här kommer att dyka upp under de närmaste åren. Vid motordrift utgör kväveoxiderna den största utmaningen, men åtminstone i fråga om biogasdrivna motorer har man kunnat lösa problemet med hjälp av ad blue-teknik. I Hennstedt i Tyskland producerar man koldioxid för koldioxidgödsling av en stor växthusanläggning utgående från avgaserna från en biogasdriven kraftvärmeanläggning Spanner re 2 gengaskraftverk Den hittills kanske mest framgångsrika tillverkaren av småskaliga långt automatiserade gengaskraftverk i Europa är tyska Spanner GmbH med sin re 2 anläggning. En sådan här anläggning finns på biogasanläggningstillverkaren Biconstruct GmbH:s forsknings- och produktutvecklingsanläggning i Melle i Tyskland. Vid årsskiftet hade man vid Bioconstruct ett projekt på gång där man testade möjligheterna att värma företagets försöksbiogasanläggning med värmen från den av företaget Spanner tillverkade gengasdrivna kraftvärmeanläggningen. Det här är såtillvida intressant att det möjliggör att man leder bort biogasen från biogasanläggningen genom en gasledning för förbränning på

131 S i d a 130 annan ort, där man har god avsättning för värmen som bildas vid kraftproduktionen. I Tyskland är det mycket vanligt att mindre kraftvärmeanläggningar helt enkelt dumpar den mesta värmen i omgivningen. Det här är möjligt i och med det goda pris som i Tyskland betalas för den producerade elektriciteten. I det här fallet leder man bort gasen i en två kilometer lång nedgrävd rörledning för förbränning i två gasmotordrivna kraftverksenheter belägna i en by på två kilometers avstånd från biogasanläggningen där värmen används för uppvärmning av bland annat en badinrättning och en möbelfabrik. Fram till slutet av år 2011 hade Spanner GmbH byggt ett sjuttiotal anläggningar av den typ som finns hos Bioconstruct och målsättningen för 2012 är att bygga hundra anläggningar till. Spanner har en traditionell medströmsförgasningsanläggning med ett torrfiltreringssystem. Anläggningen använder flis av god kvalitet (15 % fukthalt). Med en anläggning med eleffekten 30 kw el som går på full effekt är förbrukningen av flis fyra löskubikmeter per dygn. Elproduktionens verkningsgrad räknat från bränslets energiinnehåll är 23 %. Spanner tillverkar två anläggningsstorlekar, (30 kwel, pris ja 50 kwel, pris , årsskiftet ) båda anläggningarna använder en av GM tillverkad gasmotor med en slagvolym på 5,7 liter. Enligt tillverkarens uppgifter kommer man upp till mellan brukstimmar per år och anläggning. Den årliga flisförbrukningen med en 30 kwe anläggning är cirka tusen löskubikmeter. Vid Bioconstruct lagrar man virket som skall flisas kvistat på hög och eftertorkar den färdiga flisen i en plansilo med varmluftsblåsningsmöjlighet. För företaget kostade flisen levererad till anläggningen /löskubik. Priset var alltså ungefär samma som hos oss. Vid besökstillfället i november 2011 var Bioconstructs gengasanläggning inte i drift. Man hade problem med vad man skulle göra av den sothaltiga aska som anläggningen producerar. Askan innehåller PAH-föreningar, fenoler, tjära samt tungmetaller som härstammar från bränslet. I Tyskland är askan definierad som problemavfall och därför är dyr att bli av med. Vid årsskiftet höll Spanner på med att ta fram en efterförbränningsanläggning med vilken askan kan brännas till vanlig grå träaska. Askan är svart pga. att den innehåller rikliga mängder finfördelat träkol och sot. På grunda av det här innehåller askan också energi som principiellt kan utnyttjas.

132 S i d a 131 Figur Spanners gengasanläggning. Från vänster till höger: Styrskåp, hetfilter, luftsluss för flisen samt transportskruv för bränslet, den lilla burken längst till höger är själva gasgeneratorn. Bakom anläggningen ser man systemet för tillvaratagande av produktgasens värme. På bilden till höger syns produktgasens värmeväxlare samt gasfiltret med tillhörande askutmatningsanläggningar. Figur Bilden till vänster: En titt in genom gasgeneratorns övre servicelucka visar mekanismerna för avkänning av bränslemängden i gasgeneratorn. I den övre delen av gasgeneratorn samlas efterhand tjärkoks som nu och då måste avlägsnas därifrån. På bilden till höger ser man den svarta aska som anläggningen bildar. Askan innehåller finfördelat träkol och sot samt tjära och fenoler och är skadlig. Askan innehåller dessutom energi och det bästa sättet att behandla askan är att kontrollerat förbränna den till vit aska. Figur Biconstructs produktutvecklings- och försöksbiogasanläggning, Melle, Tyskland.

133 S i d a 132 Figur Parkettillverkaren Georg Hofer från Velden, Tyskland vid flislagret till sin av Spanner tillverkade kraftvärmeanläggning. Gasmotorn till höger, en för gengas modifierad V8 bigblock motor tillverkad av GM. Anläggningen har varit i kontinuerlig drift vid Hofers såg och parkettfabrik sedan slutet av år Elektriciteten säljs till elnätet för ett subventionerat tariffpris medan värmen används för torkning av sågat virke Kuntschar Energieerzeugung Kuntschar har sedan år 2006 tillverkat små kraftverk baserade på termisk förgasning av träflis, men traditionerna går längre tillbaka i tiden än så. Ett företag med namnet Kuntschar & Schlüter byggde för cirka ett årtionde sedan rätt många förgasningsanläggningar men råkade i svårigheter pga. att anläggningarna inte fungerade tillräckligt väl. Kuntschars tillverkning av förgasningsanläggningar har tagit avstamp i erfarenheterna från Kuntschar & Schlüter. Under ett besök på Kuntschars fabrik i Wolfhagen framgick att Kuntschar Energieerzeugung fram till november år 2011 hade byggt 10 förgasningsanläggningar. Målsättningen för år 2012 uppgavs vid besöket vara ytterligare anläggningar. Kuntschars CHP-anläggning består av en inmatningsanläggning för bränslet, en medströmsförgasare, filtreringsanläggning, gaskylare samt gasmotor och generator. Under besöket på fabriken var demonstrationsanläggningen i drift och levererade enligt mätaren 130 kw eleffekt ut på nätet. Tillverkaren anger anläggningens eleffekt till mellan 100 och 150 kw, beroende på bland annat flisens kvalitet. Motorn är en MAN V 12 med 21 liters slagvolym och varvtalet 1500 rpm. Motorn är inte försedd med turboaggregat. Värme tas tillvara från motorns mantel (150 kw), avgaserna (80 kw) och från produktgasens kylning (40 kw). Räknat från flisens energiinnehåll kommer man upp till en verkningsgrad för elproduktionen på 23 %. I likhet med Spanners anläggning kyler man inte produktgasen så mycket att kondens skulle bildas. Kondensvattnet utgör ett avfallsproblem och man har sett det som enklast att låta vattnet passera genom motorn i ångform. Priset för Kuntschars anläggning utan flisinmatningsanläggningar uppgavs till Enligt tillverkarens uppgifter kommer man upp i 7000 driftstimmar per år med anläggningen. I Tyskland bygger anläggningens lönsamhet långt på den goda

134 S i d a 133 inmatningstariff man får för grön el, i det här fallet 22 cent/kwh, när den värme som anläggningen producerar utnyttjas. Om värmen inte tas tillvara är garantipriset 19 cent/kwh. Förutom att man får ett bättre pris för elektriciteten om värmen utnyttjas är inkomsterna från värmeförsäljningen också i sig en förutsättning för lönsamhet. Vid val av placeringsort för en kraftvärmeanläggning gäller det att eftersträva att få så god avsättning för värmen som möjligt. Härden i Kuntschars gasgeneratorer är keramiskt fodrad och har i likhet med traditionella medströmsförgasare munstycken för primärluften. Till skillnad från de flesta krigstida gasgeneratorerna dras produktgasen däremot genom anläggningens rost, dessutom saknas en egentlig central insnörning av härden. Enligt tillverkarens uppgifter måste den interna keramiken i gasgeneratorn bytas ut med två års intervall. Inmatningen av flis sköts med en hydrauliskt manövrerad kolv som pressar in flisen i gasgeneratorn. Som ytterligare tätning använder man ett glidande spjäll. Flisförbrukningen uppgår till cirka 15 lös-m 3 /dygn vid eleffekten kw. I Mellaneuropa gäller att den bästa flisråvaran är bok, men också barrträd och exempelvis asp duger. Däremot rekommenderar Kuntschar inte användning av ek som bränsle pga. de barksyror som trädslaget innehåller. Oavsett vilket trädslag som förgasas gäller här samma regler som vid all annan medströmsfastbäddsförgasning: flisen skall vara mycket torr och innehålla så litet fina partiklar som möjligt. Under drift är temperaturen i gasgeneratorn på det hetaste stället cirka 1200 C. Med våt flis kommer man inte upp i så här höga temperaturer, Kuntschar kräver därför att bränslet som skall förgasas inte innehåller mer vatten än 15 viktprocent. Med alltför våt flis ökar risken för att tjäran inte fullt ut bryts ner i härden vilket i sin tur medför problem både i reningsanläggningar och i gasmotorn. Gasen filtreras ren från partiklar i ett torrfilter som arbetar i 500 C temperatur. Gasfiltret utgörs av ett flertal tjockväggiga keramiska filterelement utan separata stödkonstruktioner. Filterelementen uppgavs hålla ett år förutsatt att torrt bränsle används. Figur Bilderna till vänster: Kuntshars gasgenerator samt filtreringsanläggningar, till höger gasmotorn som är en MAN V 12 med en slagvolym på 21 liter och som går på 1500 varv per minut.

135 S i d a 134 Figur Ett foto av Kuntschars anläggnings styrtavla. Hetfiltret syns i mitten och gasgeneratorn till vänster Finska förgasningsföretag: Volter och Gasek Också i Finland finns det flera företag som arbetar med att ta fram mindre kraftvärmeanläggningar baserade på förgasningsteknik. Ett företag som många känner till är Gasek Oy, men också Volter Oy har varit en del framme i massmedia. Volter Oy har byggt kraftvärmeanläggningen som används för att producera elektriciteten i ekobyn i Kempele utanför Uleåborg. Figur Volters koncept för en containermonterad kraftvärmeanläggning med torr gasfiltrering och eleffekten 30 kw.

136 S i d a 135 Figur Volters första kraftvärmeanläggning har sedan år 2009 levererat värme och el till ekobyn i Kempele utanför Uleåborg. Anläggningen vid ekobyn i Kempele har fungerat som utvecklingsplattform för Volters teknik och har sedan starten år 2009 byggts om i flera repriser. Vid årsskiftet hade Volter tre anläggningar med eleffekten 30 kw i drift. Anläggningen i Kempele går dagligen medan de övriga anläggningarna går enligt behov. Som bränsle använder man grov och torr flis som man tidvis till och med torkar med överloppsvärme från anläggningen. Ekobyn är inte ansluten till elnätet utan elförsörjningen sköts helt i egen regi. Förutom den på förgasningsteknik baserade kraftvärmeanläggningen har man dessutom ett litet vindkraftverk, men dess betydelse för byns elförsörjning är mycket liten. I praktiken är det alltså kraftvärmeanläggningen som står för både el- och värmeförsörjningen av byns tio bostadshus. I byn har man gått in för energisnåla lösningar och strävar till att undvika effekttoppar, bland annat tillåter man inte elektriska bastuugnar. Byns behov av eleffekt är betydligt lägre än anläggningens eleffekt. Kraftvärmeanläggningen körs mot en ackumulatorbank som i sin tur står för elförsörjningen. Värmen lagras i ackumulatortankar och används för byggnadernas uppvärmning, samt vid överproduktion av värme, också för att torka flis. Räknar man på projektet under vanliga premisser så lönar sig det hela inte, anläggningen är alltför dyr att bygga och upprätthålla samtidigt som energiförbrukningen för låg för att saken skall vara direkt lönsam. I vilket fall som helst är ekobyn med sin egen elförsörjning en unik företeelse som fått mycket välförtjänt positiv uppmärksamhet och visat att saken är möjlig. De anläggningar som Gasek hade byggt fram till årsskiftet bygger på traditionell medströmsförgasningsteknik i kombination med gasrening i en vattenskrubber, men företaget är på väg att övergå till ett torrt filtreringssystem. Gasek har i sin marknadsföring framhållit att den optimala fukthalten hos bränslet som används i deras förgasningsanläggningar är 35 %. Det här stämmer inte, en medströmsförgasare som använder trä som bränsle fungerar bättre ju torrare bränslet är. Orsaken är att den termiska sönderdelningen av trämaterialet som sker i gasgeneratorn alltid frigör tillräckligt mycket vatten för vätebildningen, också i det fall att veden skulle vara ugnstorr. En väl dimensionerad och väl isolerad gasgenerator kan ändå framgångsrikt förgasa flis med rätt

137 S i d a 136 hög fukthalt, men bäst fungerar tekniken med riktigt torrt bränsle. Under hösten 2011 medgav man på Gasek att också deras anläggningar fungerar bäst med torrt bränsle. Figur Schema över Gaseks anläggning, här med våtfilter. Figur Palikais gårds värmecentral med effekten 700 kw har fått ett tillägg i form av en kraftvärmecontainer som levererats av Gasek Oy. (Gasek Oy, 2012) Figur Gaseks kraftvärmecontainer på Palikais gård. I mitten av februari 2012 var anläggningen inte i drift pga. tekniska problem.

138 S i d a 137 Figur Gaseks gasgenerator liknar långt ett traditionellt gengasaggregat, men med några fina tillägg som exempelvis en roterande bränslekorg innanför bränslesilon för att undvika valvbildning. Anläggningen på Palikais gård installerades som ett referensobjekt under sommaren 2011, men har dragits med tekniska problem. Man har bland annat haft problem med att produktgasen innehållit för mycket tjära. Anläggningen har installerats i anslutning till gårdens flisvärmecentral och använder samma flislager och bränsle som värmepannan. Med tanke på att anläggningen skall vara praktiskt användbar är det här den enda egentliga möjligheten. Vid flisuppvärmningsanläggningar strävar man till att bränna virke som inte är marknadsdugligt. En hög andel fina partiklar och en hög fukthalt i bränslet bidrar till att det är svårare att få gasproduktionen att fungera klanderfritt. Anläggningen har en eleffekt på 30 kw medan värmeeffekten är dryga 60 kw. Verkningsgraden för elproduktionen räknat från bränslets energiinnehåll rör sig mellan 20 och 25 %. Gasek håller också på med att ta fram en större enhet med cirka en halv megawatts bränsleförbrukning och en eleffekt på cirka 100 kw. Vid årsskiftet hade Gasek byggt tre anläggningar som fanns installerade hos kunder, men tekniken är fortfarande under utveckling och tillförlitligheten var inte ännu på den nivå som krävs för fullt kommersiella anläggningar. Förutom Gasek och Volter håller också Turos Team i samarbete med HT Enercon på att ta fram en på förgasning baserad kraftvärmeanläggning. Det Tammerforsbaserade företaget AP Industry Engineering Service Oy arbetar på en anläggning där gasgeneratorn i sig också kan fungera som en värmepanna. Det här gör att anläggningen kan leverera värme också om kraftvärmeenheten inte går. Ingendera av de här anläggningarna var ännu kommersiellt tillgängliga vid årsskiftet Lönar sig småskalig kraftvärmeproduktion? I det följande har jag gjort en kort överslagsberäkning gällande lönsamheten med småskalig kraftvärmeproduktion med en liten förgasningsanläggning med en

139 S i d a 138 eleffektpotential på max 50 kw. Som jämförelse har jag valt att alternativt gå in för en flisvärmecontainer som producerar enbart värme. Utgångspunkten för beräknandet av den producerade värmens värde är i den här jämförelsen bränslekostnaden hos en flispanna med verkningsgraden 80 %. Tabell Flisens värmevärde samt pris Flisens värmevärde samt pris Flisens energiinnehåll 0,80 MWh/m 3 lös Skattefritt flispris 17,0 /lös-m 3 Energipris 21,25 /MWh Vid småskalig termisk förgasning använder man flis av god kvalitet. Värmevärdet 0,8 MWh per löskubik är högre än vad man i allmänhet brukar räkna med för normal flis. Flispriset motsvarar ungefär det som en större förbrukare betalar per löskubik. Med de här värdena får man ett energipris på 21,25 /MWh. Tabell Olika verkningsgrader Verkningsgrader Enbart värmeprodukton: pannans verkningsgrad (flis värme) 0,800 Gasgeneratorns verkningsgrad (flis gas) 0,775 Elproduktionens verkningsgrad (gas el) 0,270 Motorns värmetillvaratagande: verkningsgrad (värme värme) 0,800 Värmetillvaratagande från gasen: verkningsgrad (värme värme) 0,500 Totalverkningsgrad flis el 0,209 Totalverkningsgrad flis värme 0,565 Totalverkningsgrad flis el och värme 0,774 Gällande ren värmeproduktion har jag utgått från en pannverkningsgrad på 80 %. Omvandlingen av flis till gas är en process som har en rätt hög verkningsgrad. Med effektivt arrangerad värmeåterföring från avgående gas till inkommande luft och bränsle är det i princip möjligt att uppnå en ännu litet högre verkningsgrad för konversionen än vad som här antagits, men 77,5 % är ändå att betrakta som rätt optimistisk siffra för en liten förgasningsanläggning i praktisk drift. Förgasningsprocessen är såtillvida intressant att man genom att mata in mer värme till processen får ut mer gas. I praktiken betyder det här att man genom att använda avgasenergi till att grilla bränslet på väg in till processen kan få ett större elutbyte än om värmen endast används till uppvärmning. I en anläggning som enbart skall producera el, lönar det sig alltså att återföra så mycket värme som möjligt i och med att totalutbytet av el då blir högre. En gasgenerator kan med tillförsel av extra värme leverera gas med till och med större energiinnehåll än vad som finns i bränslet. Verkningsgraden i sig blir inte bättre i och med det här i och med att värmen då inte kan användas för uppvärmningsändamål. Den verkningsgrad för elproduktionen i relation till gasens energiinnehåll som jag här har använt är rätt låg, 27 %. En god dieselmotor kan komma upp i en verkningsgrad på över 35

140 S i d a 139 % -trots att man talar om en liten motor med en slagvolym på endast några liter. Med en ottomotor är en verkningsgrad på 27 % realistisk för en liten anläggning. I sig har gengasen en hög kompressionstålighet, vilket i princip ger möjligheter till att höja kompressionsförhållandet till cirka 14:1 och därigenom uppnå en bättre verkningsgrad än vad som är möjligt med en vanlig bensinmotor. Värme kan tas tillvara från både aggregatet (avgas, mantelvärme, olja) och från gasens kylning. Gasens kylvärme lönar det sig att primärt återbörda till processen och sekundärt använda till uppvärmningsändamål. Om gasreningen bygger på kondensering av vattnet i produktgasen finns det mer värme att tillgå än om gasreningen enbart bygger på torrfiltrering. Traditionellt har tillverkare av småskaliga på förgasning baserade kraftvärmeanläggningar använt våta filtreringssystem, men på senare tid har allt fler börjat övergå till torrfiltrering. Fördelen med enbart torrfiltrering är att man inte får ett kondensat som man måste göra sig av med. Kondensatet kan vara antingen rejält giftigt eller rätt harmlöst. Det här i sin tur beror på hur anläggningen fungerar generellt men också på hur den fungerar med just det bränsle man matar i den. Utgående från de ovanstående antagandena landar man på en verkningsgrad för elproduktionen på 20,9 % och en totalverkningsgrad på 77,4 %. Tabell Energins värde och produktionskostnad Energins värde och produktionskostnad Värde Effekt Värde /MWh MW /h El 90,00 0,050 4,50 Värme* 26,56 0,135 3,59 El&värme - 0,185 8,09 Bränsle 21,25 0,239 5,08 Netto (el&värme minus fliskostnad) 3,01 *Värmens värde beräknas som bränslekostnaden i en flispanna med 80 % verkningsgrad. Kraftvärmeanläggningen antas i det här beräkningsexemplet ha eleffekten 50 kw. Det här är en vanlig effektklass för små på förgasningsteknik baserade kraftvärmeanläggningar, bland andra T:mi Äystö, Volter Oy, Gasek Oy, Spanner GmbH tillverkar anläggningar i den här effektklassen. Med de antaganden som gjorts beträffande anläggningens egenskaper, ger en eleffekt på 50 kw en värmeeffekt på 135 kw. Fullt belastad konsumerar anläggningen flis med effekten 239 kw vilket motsvarar en flisförbrukning på cirka 7 löskubikmeter per dygn. I den jämförelse som här gjorts jämförs lönsamheten med en CHP anläggning som antas kosta med en investering i en flisvärmecontainer med samma värmeeffekt som CHP anläggningen (135 kw) som antas kosta Utgångspunkten är att tilläggskapacitet för värmeproduktion behövs i vilket fall som helst. Vid en växthusanläggning varierar effektbehovet både i fråga om el och värme. Sommartid är det vanligt att eleffektbehovet tidvis sjunker så lågt som till något tiotal kw också i en större växthusanläggning. I fråga om de allra flesta växthusanläggningarna skulle man med

141 S i d a 140 en 50 kw elproduktionskapacitet tidvis ha överproduktion av el. Elektriciteten kan man i sig omvandla till värme med hjälp av motstånd, men betydligt vettigare är i princip att sälja elen ut på nätet vid överproduktion än att omvandla högvärdig energi till värme. Den lagstiftning vi har idag visavi småskalig elproduktion gör att elförsäljning till elnätet inte lönar sig, man förlorar överföringsavgiften. Inmatningstariffen skulle i princip ge goda möjligheter att driva en anläggning dygnet runt och året om, förutsatt att man har avsättning för den producerade värmeeffekten. För att få gå med i systemet med inmatningstariff krävs att man har en installerad generatoreffekt på minst 100 kva eller en anläggning med effekten cirka 100 kw, i stället för 50 kw som är den mest allmänna effektklassen hos de små kraftvärmeanläggningar som idag finns på marknaden. Variationerna i effektbehov mellan olika tider på dygnet är en utmaning för en växthusföretagare med en liten kraftvärmeanläggning. Värmen som produceras kan lagras i en ackumulatortank, men elektriciteten måste användas då den produceras i och med att ackumulatorbanker är både dyra och har rätt kort livslängd. Rent generellt skulle det alltså vara betydligt bättre om man kunde mata in el på nätet då den egna produktionen överskrider förbrukningen och på motsvarande sätt ta ut effekt ur nätet då den egna produktionen inte räcker till. Med ett nettomätningssystem skulle man inte förlora överföringsavgiften. För inmatningstariffen gäller bland annat: Nivån på tariffen är 83,5 /MWh plus en värmepremie på 50 /MWh, sammanlagt 133,5 /MWh. Generatoreffekten skall vara minst 100 kva. I princip kan man alltså driva generatorn med en motor som har en effekt på 50 kw bara generatorns typskylt visar att generatorns effekt är minst den föreskrivna, det här är ett kryphål i bestämmelserna och det är möjligt att hålet kommer att täppas till. För att man skall få värmepremien krävs att anläggningens totalverkningsgrad måste överskrida 50 % för anläggningar mindre än 1 MWe och 75 % för anläggningar större än 1 MWe. Att komma upp i en verkningsgrad på över 50 % är inte svårt i växthussammanhang. Nedan en lönsamhetsberäkning för alternativen att man investerar i antingen en kraftvärmeanläggning på 50 kwe som kostar eller en flisvärmecontainer med en effekt på 135 kw och ett pris på I båda fallen har antagandet varit att anläggningen är i bruk i tio år, räntan som det räknats med är 4 %.

142 S i d a 141 Tabell Lönsamhetsjämförelse enbart värme med flisvärmecontainer eller värme och el med CHP Lönsamhetsjämförelse enbart värme med flisvärmekontainer eller värme och el med CHP CHP anläggningens inköpspris och annuitet Flismatning och transportörer Lufttät sluss för flisinmatning 5000 Förgasningasanläggning med filter och styrning Generatorpaket med värmeåtervinning Skyddsbyggnad för anläggningen Installationsarbeten Anläggningen sammanlagt Ränta 4 % Anläggningens brukstid 10 år Annuitet /år Intäkter minus kostnader med CHP anläggning Kapacitetsfaktor 70 % Fullasttimmar 6132 h/år Elens värde /år Värmens värde /år Bränslekostnad /år Service och reparationskostnad 5000 /år Annuitet /år Årligt netto /år Flisvärmecontainerns inköpspris och annuitet Inköpspris 150 kw container Ränta 4 % Anläggningens brukstid 10 år Annuitet /år Intäkter minus kostnader med flisvärmecontainer Kapacitetsfaktor 90 % Fullasttimmar 7884 h/år Värmeeffekt** 0,135 MW Bränslekostnad* /år Värmens värde* /år Annuitet /år Service- och reparationskostnader 1000 /år Årligt netto /år **Antagande samma värmeeffekt som CHP anläggningen. *Värmens värde beräknas som bränslekostnaden i en flispanna med 80 % verkningsgrad. Flisvärmecontainrar är etablerad teknik, medan kraftvärmeanläggningar är sällsynta. Det är rimligt att anta att en kraftvärmeanläggning dras med mer störningar än en anläggning som endast producerar värme. Förutom begränsningar i tillgänglighet pga. tekniska problem tillkommer dessutom att anläggningen inte alltid kan köras pga. att man inte hela tiden har avsättning för den energi som produceras. I den här beräkningen har jag utgått från en kapacitetsfaktor på 70 % för kraftvärmeanläggningen medan flisvärmecontainerns kapacitetsfaktor antagits vara 90 %. Utgångspunkten är ett läge där man i vilket fall som helst behöver tilläggsvärme för en växthusanläggning och där behovet av värmeeffekt är det som styr anläggningens användning. Med kraftvärmeanläggningen får man el som används för att ersätta en del av den elektricitet som företaget köper in från nätet. Trots skillnaden i kapacitetsfaktor mellan de studerade lösningarna antas

143 kraftvärmeanläggningen utgöra en tillräckligt pålitlig alternativinvestering till en värmecontainer. S i d a 142 I den här jämförelsen har värmens värde beräknats enligt bränslekostnaden hos en flispanna med verkningsgraden 80 %. Det här innebär att värdet för den värme som flisvärmeanläggningen producerar är lika stort som flisvärmecontainerns bränslekostnad. För kraftvärmeanläggningen har samma värde för värmen använts. Värdet för den producerade elektriciteten har antagits vara 90 /MWh. Enligt jämförelsen skulle kraftvärmeanläggningen producera el till ett värde av /år och värme till ett värde av /år, sammanlagt /år medan bränslekostnaden skulle uppgå till /år. Anläggningen skulle alltså producera ett mervärde utöver bränslekostnaden på /år. Efter att annuiteten och en antagen underhållskostnad på 5000 /år räknats med går beräkningen på minus per år. Att beräkningen går på minus i den här jämförelsen är det inget konstigt med i och med att MWh priset för värmen har beräknats vara mycket lågt, 26,56 /MWh eller samma som bränslekostnaden för produktion av 1 MWh värme med en flispanna med verkningsgraden 80 %. I motsvarande beräkning för fliscontainern täcker den producerade värmeenergin bränslekostnaden medan annuiteten och en antagen årlig underhållskostnad för anläggningen gör att kalkylen går på minus. Räknat så här skulle det trots en höge investeringskostnad och en lägre kapacitetsfaktor löna sig /år bättre med en med en kraftvärmeanläggning än med en flisvärmecontainer /år är ändå inte mycket när man talar om en tilläggsinvestering på som dessutom är förbunden med en del osäkerhet Sammanfattning och framtidsutsikter Trots att tanken på egen elproduktion på ett växthusföretag är lockande är det inte lätt att få kalkylen att gå ihop. Grundorsaken till det här är enkel, hos oss kostar elektriciteten så pass litet att den värdeökning man åstadkommer med en kraftvärmeanläggning i relation till en anläggning som producerar enbart värme tenderar att bli alltför liten med beaktande av den dyrare investeringen. Dessutom är tekniken i många fall ännu inte så utvecklad att man fullt kan lita på att den anläggning man köper skall fungera tillräckligt väl. Fungerande lösningar finns ändå på marknaden, men de är företrädesvis stora och dyra och dessutom förutsätter driften av dem att man hela tiden har avsättning för värmen som bildas vid sidan av elproduktionen. En möjlighet till bättre lönsamhet med en mindre kraftvärmeanläggning är om man kunde komma till en överenskommelse med sin elleverantör om ett nettomätningssystem. Med ett nettomätningssystem avses att man kan sälja el till nätet till samma pris som man köper el därifrån förutsatt att man inte blir en nettoproducent av el. Systemet skulle ge klart förbättrad flexibilitet för anläggningens drift i och med att man då kan styra anläggningen enligt sitt eget värmebehov och få varje kwh el man producerar till godo så länge som man

144 S i d a 143 producerar maximalt lika mycket el under ett år som man konsumerar under året. Inmatningstariffen för träbaserad elektricitet förbättrar elproduktionens lönsamhet, men effektgränsen på 100 kw sätter begränsningar för valet av teknisk lösning. I praktiken utesluter den här gränsen också de anläggningar som är billigast och mest tillgängliga för en rätt bred skara medelstora elförbrukare. Med tanke på att spara in på produktionskostnaderna på ett växthusföretag skulle det vara intressant att producera koldioxid utgående förhållandevis billiga bränslen som träflis eller torv i stället för gas eller olja. Med hjälp av förgasningsteknik är det i princip möjligt att uppnå en tillräckligt ren förbränning för att möjliggöra inmatning av förbränningsgaserna i ett växthus, men ännu så länge finns dylik teknik inte kommersiellt tillgänglig på marknaden. Egen produktion av koldioxid, utgående från en billig råvara, skulle ge ett betydande tilläggsvärde utöver det som en småskalig elproduktion ger. Innan man gör någon satsning på en kraftvärmeanläggning gäller det att förvissa sig om att anläggningen fungerar tillräckligt väl, det gäller att skaffa fram bevis för att anläggningen man tänker köpa uppfyller det som lovas om den. Dessutom lönar det sig att ordentligt räkna igenom sitt eget behov av både elektricitet och värme. Träflis är hos oss redan en så dyrbar vara att man inte kan tänka sig att enbart producera el och dumpa värmen. Huvudprodukten vid kraftvärmeproduktion är värme. Sanna-Sofia Skog 11.2 Vindkraft För att det skall vara lönsamt att bygga ett vindkraftverk på den egna gården behövs det bra vindförhållanden. Därtill måste landskapet där man planerar att montera ett vindkraftverk vara ganska öppet, speciellt mot den förhärskande vindriktningen. Att investera i ett vindkraftverk är kostsamt, vilket förutsätter en bra ekonomi. Många jordbrukare har bra marker för vindkraft och har även ekonomiska möjligheter att investera i ett kraftverk som producerar el för den egna gården eller el till försäljning. Vid ägandet av ett eget vindkraftverk påverkas man inte lika mycket av fluktuerande elpriser, som om man skulle köpa all elektricitet från elverket. Man får elen till självkostnadspris och inga överföringsavgifter tillsätts. Elens självkostnadspris är beroende av vindkraftverkets kostnader (t.ex. underhåll och service) och vindhastigheterna. Om man säljer elen till elnätet kan man påverkas av varierande elpriser, om priset höjs får man mer betalt för elen. Ett vindkraftverk producerar inte el under vindstilla dagar och därför måste man också vara ansluten till elnätet. Om det egna elbehovet alltid är större än vad vindkraftverket maximalt kan producera kan kraftverket anslutas direkt till gården och all el går åt till den egna konsumtionen. Om vindkraftverket producerar mer el än vad man förbrukar kan kraftverket vara anslutet till elnätet och ett avtal med elverket måste ingås. Då kan man sälja överskottselen till elnätet. (Wizelius, 2009)

145 S i d a 144 Att sälja el till elverket är beroende av olika faktorer, vindkraftverkets storlek och ålder osv. I Finland har vi idag ett elinmatningstariffsystem som gör det svårt för mindre elproducenter att sälja elektricitet, i många fall kan det t.o.m. bli olönsamt att sälja el till verket. Detta system kommer inte att redogöras för i denna rapport. Om intresse finns kan man läsa mera om tariffsystemet på följande webbadress: ( ) Projektering av vindkraftverk Med projektering av ett vindkraftverk avses planering, tillståndsansökning, installation och drift av ett eller flera vindkraftverk. Processen består av många olika steg beroende på förutsättningarna. För elproduktion till ett växthus är ramarna ganska klara. Placeringen av kraftverket bör vara nära växthuset och storleken på kraftverket kan bestämmas från elbehovet. Om det är ekonomiskt lönsamt att investera i ett kraftverk är i stort sett beroende av vind- och markförhållandena på den tilltänka platsen. Figur visar de olika stegen i projekteringen.

146 S i d a 145 Figur Projekteringens olika skeden Inventering Hur mycket el ett vindkraftverk producerar per år är beroende av många faktorer. De viktigaste faktorerna är kraftverkets placering och vindförhållandena. Vindkraftens lönsamhet är mycket beroende av vindfördelningen, temperaturen utomhus, lufttrycket och höjden. Vindens medelhastighet under ett år inverkar stort på lönsamheten. Vindens energiinnehåll växer exponentiellt med vindhastigheten i tredje potens, vilket betyder att då vindhastigheten fördubblas, åttafaldigas vindens energiinnehåll. Som tumregel kan man ha att medelvindhastigheten bör vara åtminstone 6,5 m/s för att ett kraftverk i megawattklassen skulle vara lönsamt. Se Tabell Genom att studera Finlands vindatlas får man en ungefärlig uppfattning om vindförhållandena på platsen (Medvind - Vindkraftsportalen, 2011).

147 S i d a 146 Tabell Uppskattad lönsamhet för vindkraftverk med storleken 1 MW vid olika vindhastigheter (Koskinen, o.a., 2011) Vindens årliga medelhastighet 6 m/s 7 m/s 8 m/s Elproduktion/år/MW Ca 2000 MWh över 2500 MWh över 3300 MWh Återbetalningstid ca 20 år ca 10 år under 8 år Lönsamhet svag god utmärkt Förverkligande Kan vara möjligt med låga konstruktionskostnader Vettig investering med inmatningstariffer Placeringen är väldigt bra och investeringen är lönsam Förutom de rådande väderförhållandena på platsen har även vindkraftverkets navhöjd och rotordiameter betydelse för energiproduktionen. Markytorna och vattendragen förorsakar alltid en liten friktion för vinden, vilket minskar på vindhastigheten. Växtlighet, terrängens former och byggnader minskar på vindhastigheten samt förorsakar turbulens. Därför är lönsamheten bättre ju högre navhöjd vindkraftverket har. (Medvind - Vindkraftsportalen, 2011) Förstudie Om man har funderingar på att investera i ett vindkraftverk måste man undersöka platsens möjlighet för etablering. Syftet med förstudien är alltså att undersöka om det finns rimliga förutsättningar att utnyttja vindkraft på ett bra sätt på den valda platsen. Ett krav är ett tillräcklig långt avstånd till närmaste bebyggelse, eftersom vindkraftverk ger upphov till buller och en del skuggeffekter. En tumregel är att minimiavståndet borde vara 500 meter för kraftverk i en megawattsklass. Vindkraftverket måste också placeras tillräckligt långt från allmänna vägar. Man måste också kontrollera möjligheterna för anslutning till elnätet. En elledning med tillräckligt stor spänning bör finnas på rimligt avstånd från det planerade vindkraftverket så att inte investeringskostnaderna blir alltför höga. I regel kan man maximalt ansluta 3,5 MW till en 10 kv elledning. Om man själv äger marken behövs inga avtal. Om någon annan äger marken måste man förhandla om att antingen arrendera eller köpa marken. Man måste även undersöka möjligheterna till att få olika tillstånd för sitt vindkraftsbygge. Det är onödigt att sätta ner tid på planeringen om det inte finns möjligheter att få tillstånd. Tillstånd som kan krävas är bygglov för mindre kraftverk, räcker oftast åtgärdstillstånd; miljötillstånd ifall det anses att kraftverket förorsakar skador på miljön, såsom buller; tillstånd enligt vattenlagen om kraftverket förorsakar skador på vattendrag eller byggs i vattendrag; flyghindertillstånd om kraftverket är högre än 60 meter (nära flygfält högre än 30 meter). (Medvind - Vindkraftsportalen, 2011)

148 S i d a 147 För att kunna göra en noggrann beräkning över vad ett vindkraftverk kommer att producera måste man veta två saker: vindkraftverkets effektkurva och vindens frekvensfördelning på navhöjd på platsen. Effektkurvan berättar vilken effekt kraftverket har vid olika vindhastigheter och den fås av vindkraftverkets leverantör. Frekvensfördelningen däremot visar hur många timmar per år som det blåser en viss vindhastighet. Detta får man endast reda på genom att göra vindmätningar på den tilltänkta platsen. Resultatet från produktionskalkylen kan sedan användas i en ekonomisk kalkyl. Vid investering av ett nytt vindkraftverk är det viktigt att ta dess lönsamhet i beaktande. En investeringskalkyl är en beräkning för de investeringar som vindkraftverket kräver. För att beräkna avkastningen som investeringen ger kan man använda flera metoder. Dessa metoder kan hjälpa till vid bestämmande om investeringen skall göras eller ej, eller vid flera investeringsalternativ att välja det mest ekonomiska. Dessa kalkyler ger dock bara en grov uppfattning om investeringens lönsamhet, eftersom man i dessa gör antaganden om kommande elpriser och räntor. Exempel på tre metoder hittas nedan. I dessa investeringsberäkningar har använts medelvärden för vindkraftverks investeringskostnader, samt medelvärde för driftskostnader i EU. För att räkna ut den årliga inkomsten har elpriset 83,5 /MWh valts, enligt den nya inmatningstariffen. Detta gäller alltså vid försäljning av den el som vindkraftverket producerar. (Medvind - Vindkraftsportalen, 2011) Enligt Energimarknadsverket var det slutliga elpriset i slutet av 2010 i medeltal för hushåll 137,90 /MWh och för eluppvärmning 112,50 /MWh, inklusive elenergi, elöverföringskostnader och skatter (Koskinen, o.a., 2011). I praktiken innebär det att elproducenten sparar mer vid elproduktion för eget behov än att få inmatningstariffen. 20 år har valts som vindkraftverkets livslängd. Se Tabell Tabell Indata till de ekonomiska kalkylerna Nuvärdesmetoden Vid beräkning av nuvärdesmetoden diskonteras inbetalningar och utbetalningar med en kalkylränta till dagens värde. Detta eftersom en euro inte är lika mycket värd om tio år. Grundinvesteringen utförs idag, medan inbetalningar och utbetalningar sker varje år i flera år framöver. Skillnaden mellan in- och utbetalningar kallas för kassaflöde och det är detta kassaflöde som diskonteras. Om det beräknade nuvärdet är positivt är investeringen lönsam och om det är negativt bör investeringen inte genomföras.

149 S i d a 148 Tabell Nuvärdeskalkyl Resultatkalkyl med annuitetsmetoden När man gör en ekonomisk kalkyl med annuitetsmetoden fördelar man grundinvesteringen jämnt över den ekonomiska livslängden genom en annuitetsformel eller en tabell. Investeringen är lönsam om den årliga annuiteten av investeringen är positiv. Tabell Resultatkalkyl Obs. årsproduktion MWh/år/MW är MWh/år för 1 MW:s vindkraftverk (per MW).

150 S i d a 149 Pay off-metoden Tabell Pay off-metoden Vid beräkning av investeringens lönsamhet skall man välja så noggranna uppgifter som möjligt, så att man inte i ett senare skede överraskas av de verkliga kostnaderna. Man bör även ta i beaktande att elpriset förmodligen stiger i framtiden och ger således större inkomster, men även räntan kan stiga och då hamnar man att betala mer kapitalkostnader. För en större säkerhet kan man även göra en känslighetsanalys. I exemplen har det inte beaktats projekterings- och administrationskostnaderna, eftersom dessa varierar mycket från fall till fall. Projekteringskostnaderna är dock betydligt billigare för större vindkraftverk Projektering Projekteringen kan påbörjas på allvar då förstudien visat att det finns möjligheter för byggandet av vindkraftverket och de ekonomiska analyserna visar att det är lönsamt. Till projekteringen hör följande skeden: Tidigt samråd. Informera öppet om vindkraftsbygget till lokalbefolkningen och myndigheterna. Markupplåtelse. Försäkra dig om att du har tillgång till mark. Detaljplanering. Bestäm vindkraftverkets storlek och placering. Vid val av ett vindkraftverk för eget bruk skall man dimensionera kraftverket så att det maximalt täcker % av det uppskattade elbehovet. Utökat samråd. Presentera vindkraftsprojektet för myndigheter och allmänheten. MKB. För enskilda kraftverk behövs det troligen ingen miljökonsekvensbedömning. Tillståndsansökan. Ansöka om bygglov/åtgärdstillstånds, kontakta kommunens byggnadsnämnd, eventuellt miljötillstånds, tillstånd enligt vattenlagen kontakta kommunens miljönämnd, eventuellt flyghindertillstånd. Upphandling. Be om offerter av olika vindkraftsleverantörer och välj ett anbud. Avtal. Teckna avtal med elverket, om du avser att ansluta dig till elnätet och sälja den producerade elen. Inmatningstariff. En förhandsanmälan skall göras till Energimarknadsverket och ansökan om att godkännas till tariffsystemet skall skickas till Energimarknadsverket. Detta ifall man säljer den producerade elen.

151 S i d a 150 Bygganmälan. Lämnas till kommunens byggnadsnämnd. Bygg. Nödvändiga vägar och fundamentet byggs, elledningar dras och själva kraftverket monteras. (Wizelius, 2007) Ägandeform Vindkraftverket kan ägas på flera olika sätt. Ett bra alternativ är att vindkraftverket är en del av företaget och avkastningen, samt investeringen redovisas i företagets bokföring och deklaration som en maskininvestering. Man kan även bilda ett skilt andelsbolag eller aktiebolag för vindkraftverket. Genom andelsbolag eller aktiebolag kan man även sälja andelar åt övriga intressenter. (Wizelius, 2009) Diskussion I exemplen ovan har man uppskattat den årliga medelvindhastigheten till 7,0 m/s, kalkylräntan 7 % har valts och man har bestämt sig för att investera i ett 1 MW vindkraftverk. De totala investeringskostnaderna blir då Som man kan se i Tabell 11-8 och Tabell 11-9 är investeringen lönsam för de båda använda metoderna. Tabell 11-8 visar att den totala vinsten med denna lösning enligt nuvärdesmetoden är ca , under kraftverkets hela livslängd. Enligt annuitetsmetoden (Tabell 11-9) är den årliga vinsten Tabell berättar att återbetalningstiden är 9,9 år. Om man behåller elpriset 83,5 /MWh och höjer den årliga medelvindhastigheten till 7,5 m/s blir vinsten enligt nuvärdeskalkylen ca , den årliga vinsten enligt annuitetsmetoden ca och återbetalningstiden 8,6 år. Detta visar tydligt att ju högre vindhastigheten är desto lönsammare är vindkraftverket. Om man i stället för inmatningstariffen skulle välja elpriset enligt medelpriset för hushåll 2010, 137,90 /MWh, skulle den totala vinsten enligt nuvärdeskalkylen bli ca och den årliga vinsten enligt annuitetsmetoden ca Återbetalningstiden skulle då vara 4,9 år. Redan vid vindhastigheten 6,5 m/s visar nuvärdeskalkylen och resultatkalkylen att investeringen är olönsam om man säljer elen till priset 83,5 /MWh. Om man istället planerar att använda all el själv till sin egen växthusproduktion och då sparar 137,90 /MWh, är investeringen lönsam fastän det bara blåser 6,0 m/s. För att exakt veta hur mycket ett vindkraftverk producerar vid olika vindhastigheter måste man använda leverantörens effektkurvor och vindens frekvensfördelning. Även med ett stort vindkraftverk är det svårt att förse ett växthus elbehov helt med vindkraft. En del elkostnader kan man dock spara in genom att t.ex. bara hälften av växthuset elbehov täcks med vindkraft. Hur mycket man sparar är beroende av hur mycket man i dagens läge betalar för den el man använder. Genom att lägga in elpriset i Excelfilen som indata och genom att via vindatlasen uppskatta den årliga medelvindhastigheten på platsen där man kunde tänka sig bygga ett vindkraftverk får man en grov uppskattning om investeringens lönsamhet. Eftersom ett växthus är storförbrukare av el kan man koppla vindkraftverket direkt till växthuset och på så vis få elen till självkostnadspris. Man måste

152 S i d a 151 förstås tänka på att någon sorts energilagring, t.ex. en vattentank borde installeras, om det finns risk för att vindkraftverket någon gång producerar mera än vad man behöver. Allt detta förutsätter dock att det finns en lämplig plats för vindkraftverket, med lämpliga vindförhållanden och ett tillräckligt avstånd till bebyggelse.

153 S i d a 152 Jarmo Ahomäki, Markus Nyman 12 Allmänt om lagar och förordningar gällande växthusodling Finlands lag tar inte ställning till växthusens energianvändning. I stället är de flesta lagar gällande växthusodling inkorporerade i miljölagstiftningen, vattenlagstiftningen, avfallslagen växtskyddsförordningen och lagen om bekämpningsmedel. Nedan finns de lagar och förordningar samlade som direkt berör växthusodlingarnas energianvändning, samt förklaringar på hur växthusodlingen påverkas av dessa bestämmelser Byggbestämmelser för växthus Den 1 juli 2012 trädde de nya bestämmelserna i kraft gällande byggnaders energiprestanda. Målet är att nya byggnader skall vara 20 % energieffektivare än byggnader byggda med nuvarande byggbestämmelser. I samband med de nya bestämmelserna beräknar man ett E- tal för varje byggnad E-talet anger helhetsenergiförbrukning viktat enligt energiproduktionssättet, desto lägre E-talet är desto effektivare och miljövänligare tillfredsställs byggnadens energibehov. Trots att de nya bestämmelserna trädde i kraft 1 juli 2012 påverkas inte växthusbyggen av de nya bestämmelserna. Detta eftersom punkt d säger Dessa föreskrifter gäller dock inte följande byggnader: d) växthus, befolkningsskydd eller övriga byggnader vars ändamålsenliga användning skulle försvåras i orimlig grad om dessa föreskrifter följs,. Härmed kräver inte lagstiftningen att man beaktar energiförbrukningen i ett växthus på något speciellt sätt i byggskedet. Det bör dock uppmärksammas att omkringliggande hjälpbyggnader kan påverkas av de nya bestämmelserna, ex. på sådana byggnader kunde vara ett större uppvärmt socialutrymme i skild byggnad. Finlands byggbestämmelser kan hittas på adressen ( ) Trots att lagstiftningen inte ställer några krav på energiförbrukningen i ett växthus är det motiverat ur en ekonomisk synvinkel att bygga växthusen så energieffektiva som möjligt Jord- och skogsbruksministeriets förordning om stöd för växthusproduktion (2011) Enligt Jord- och skogsbruksministeriets förordningar om stöd för växthusproduktion 2011 förutsätts vissa tekniska krav på växthusen för att man skall vara berättigad till stöd för växthusproduktionen. Stödet är beroende av vad som odlas och i vilket område man odlar,

154 S i d a 153 men är oavsett en betydande inkomstkälla och därför bör dessa förordningar beaktas vid planering och byggnad av växthus. Förutom att förordningen kräver att växthuset skall vara en permanent byggnad krävs också följande tekniska egenskaper gällande ventilation, uppvärmning och belysning Ventilation Oavsett odlingssäsongens längd bör alla växthuslokaler i odlingsanvändning vara försedda med ventilations- eller nedkylningssystem. Ventilationssystem kan vara 1) ventilationsluckor i takåsen, 2) ett ventilationssystem som bygger på att växthusbågarna öppnas, 3) ett ventilationssystem som bygger på att täckmaterialet längs sidoväggarna lyfts upp, 4) maskinell nedkylning eller 5) ett maskinellt ventilationssystem som leder ut luften och har en effekt på minst 4 liter/sekund per m² som skall nedkylas Uppvärmning Om stöd söks för en kort odlingssäsong (<7 mån/år) kräver förordningen att en centraluppvärmnings anläggning på minst 75 kw/1000 m² odlingsareal finns tillgängligt. Om man söker stöd för en lång odlingssäsong (>7 mån/år) kräver förordningen att det finns en centraluppvärmning på minst 200 kw/1000 m² Belysning Om odlingsperioden man söker stöd för pågår efter den 31 oktober kräver förordningen att det finns en installerad artificiell belysningseffekt som är större än 60 W/m². Syftet med denna förordning är att endast professionella odlare blir beviljade stöd. Detta eftersom mindre odlare inte av kostnadsmässiga skäl kan investera i den utrustningen som behövs för att beviljas stöd. Kraven på att bli beviljad stöd är dock i strid med övrig energipolitik var man försöker hitta sätt att minimera energianvändningen. Det märkliga med förordningen är att den på inget sätt uppmuntrar till energieffektivitet. Vi kan ta ett hypotetiskt exempel på en odlare som genom investering i ny teknik (t.ex. LED) skulle kunna uppnå samma skörd som med traditionell teknik på vinterhalvåret. Den nya tekniken har oftast högre investeringskostnader och med otur blir inte odlaren beviljad stöd eftersom hans installerade belysningseffekt inte överstiger 60 W/m 2. Därmed väljer odlaren att investera i traditionell teknik. Det bör dock anmärkas att förordningen för understöd inte tar ställning till om man använder ventilation, uppvärmning eller belysning. Men för att bli beviljad understöd bör den dock finnas installerad. ELY-centralen kunde inte säga att några ändringar angående stöd för växthusodling var att vänta, varvid man kan anta att kraven på installerad uppvärmnings- och belysningskapacitet kommer att kvarstå.

155 S i d a 154 Jord och skogsbruksministeriets förordning om stöd för växthusproduktion 2011 kan hittas på adressen ( ) 12.3 Stöd för investering i värmecentral 2011 Enligt landsbygdverket (Mavi) är det möjligt för växthusodlare att få stöd för investering i värmecentral, till den del värmecentralen producerar värme till växthuset. Stödet grundar sig på statsrådets förordning om styrning av investeringsstöd för gårdsbruk år 2011 (977/2010). Kapitel 3, 9 säger att Stöd kan beviljas för nybyggnad, utbyggnad och grundlig reparation av byggnader som behövs inom växthusproduktionen. Som sådana byggnader betraktas också värmecentraler i den mån de producerar värme för växthus. På uppvärmningssystem för växthus och på värmecentraler tillämpas det som föreskrivs i 26. Paragraf 26 begränsar dock investeringsstödet till förnybara bränslen, enligt följande Beviljandet av stöd för byggande, utvidgning eller grundlig reparation av värmecentraler förutsätter att värmecentralen utnyttjar spillvärme, värme från vattendrag, luften, marken eller solen eller någon annan förnybar energikälla, inbegripet biomassa. För byggande, utvidgning eller grundlig reparation av en sådan värmecentral där det är möjligt att utnyttja torv, kan stöd beviljas endast om det i värmecentralen är möjligt att producera värme också med hjälp av trä eller någon annan förnybar energikälla. Stöd beviljas inte för sådana kostnader för värmecentraler som beror på att det är möjligt att använda olja, stenkol eller något annat motsvarande icke-förnybart bränsle i värmecentralen. Statsrådets förordning om styrning av investeringsstöd för gårdsbruk år 2011 kan i sin helhet hittas på adressen ( ) Enligt Mavi kommer denna stödmöjlighet troligen att vara i kraft och förbli oförändrad minst till Man tar heller inte ställning till möjliga kommande ändringar efter detta och hänvisar i denna fråga till Jord- och skogsbruksministeriet.

156 S i d a 155 Kaj Sandberg och Fredrik Ek 13 Energiplan och -kartläggning för växthus 13.1 Inledning Energiprogrammet för gårdsbruksenheter syftar till att förverkliga de energisparmål som fastställts för jordbrukssektorn nationellt och på EU-nivå. Man strävar till att förbättra gårdarnas lönsamhet genom en effektiverad energianvändning och en utökad användning av förnybara energiformer. Genom programmet erbjuds gårdarna fördelaktiga tjänster för energisparande och förbättrad energieffektivitet. (Jord- och skogsbruksverket, 2012) Energiplaner utarbetas av personer som utbildats och godkänts för arbetet tillsammans med gårdens eget folk. Energiplanerare utbildas av Motiva Ab som verkar som operator för energiprogrammet. Namn och kontaktuppgifter till godkända energiplanerare publiceras på Mavis webbplats ( (Mavi Landsbygdsverket, 2012) 13.2 Egenkontroll Förutom energiplanerna som görs upp av energirådgivare finns det också en modell för egenkontroll av gårdens energianvändning. För de här egenkontrollerna finns det inga stödformer utan gården gör upp dem självständigt. Egenkontrollen kan resultera i att gården beställer en separat energiplaneringstjänst. För gårdar med energiförbrukning under kwh (innefattar uppvärmningsenergi, motorbränsleförbrukning och elektricitet) rekommenderas en plan för egenkontroll. Anvisningar för egenkontroll: utreda nuvarande energiförbrukning utveckla dess uppföljning identifiera utvecklingsåtgärder undersöka möjligheter för användning av förnybar energi utreda behovet av en energiplan. Vidare anvisningar fås vid anslutning till energiprogrammet. Det är värt att notera att stöd inte betalas för egenkontrollsplaner, men man får tillgång till nyttig allmän information och en bra checklista att gå igenom. (Mavi Landsbygdsverket, 2012) 13.3 Energiplan Efter att gården anslutit sig till programmet får den av Motiva Ab ett infopaket som innehåller information om energiplanen och dess utförande. Innefattar bl.a. anvisningar för utarbetandet av en plan för egenkontroll, information om energiplanens och

157 S i d a 156 energikartläggningens innehåll, hur de görs upp och vilka mål de har, broschyrer och källor till ytterligare information. Genomförandet av energiplanen kan delas in i följande delar: 1. Start (gårdsbesök och rapportering) gårdsbesök med genomgång av nuvarande energiförbrukning och framtidsplaner uppgörande av skriftlig energiplansrapport med förslag på energieffektivering och utökad användning av förnybar energi överenskommelse om fortsatta åtgärder. 2. Genomförande, uppföljning och kontinuerlig förbättring förverkligande av lönsamma överenskomna åtgärder uppdatering av de fortsatta åtgärderna resultatuppföljning. På adressen hittar man anslutningsblankett och annan information för att ansluta sig till programmet. Information finns också på svenska på adressen När gården anslutit sig till energiprogrammet och beställt en energiplan av en energirådgivare kommer gården och energirådgivaren överens om en tidpunkt för gårdsbesöket. Innan gårdsbesöket är det bra att söka fram uppgifter om gårdens energianvändning på förhand. Under gårdsbesöket går man grundligt igenom gårdens energianvändning så att man får klarhet i hur mycket och till vad värme, elektricitet och brännolja används på gården i dagsläget. Under gårdsbesöket går man också igenom gårdens energirelaterade framtidsplaner. Med utgångspunkt i de uppgifter som man kommer fram till under gårdsbesöket sammanställer energirådgivaren en rapport över energianvändningen där det finns med förslag på ekonomiskt lönsamma energieffektiveringsåtgärder. Rapporterna kan också innehålla mycket annan nyttig information som nyckeltal för energiproduktionen i form av kwh energi/producerad vara eller beräkningar på olika uppvärmningslösningars lönsamhet eller liknande. (Mavi Landsbygdsverket, 2010) 13.4 Energikartläggning En energikartläggning eller energisyn är avsedd för gårdar med stor energiförbrukning. Den är en grundlig genomgång av gårdens energisystem, gjord av sakkännare (lantbruks energianvändning, VVS-kunnande etc.) tillsammans med gården självt. I praktiken är det lönsamt för en gård att först göra en energiplan och vid behov utvidga den till en energikartläggning. Energiplanen har större stödandel (85 % av kostnader på upp till 1100 euro). Energikartläggningen är mera omfattande men innebär större kostnader (stödprocent 40 % för kostnader, upp till euro). Energikartläggningar har inte ännu kommit igång på allvar.

158 S i d a 157 Energisynen omfattar: byggnader, arbetsmaskiner, energiförbrukning, vattenanvändning lönsamhetskalkyler och effektivering användning av förnybar energi. Målet är att effektivera energiförbrukningen på gården och få till stånd kostnadsinbesparingar samt en sänkning av koldioxidutsläppen. Odlaren förväntas tillämpa principen om kontinuerlig förbättring i sin verksamhet. Man strävar till att nå målet genom att hitta energieffektiva lösningar som bygger på förnybar energi. (Mavi Landsbygdsverket, 2010)

159 S i d a 158 Källförteckning Abeles, F.B Ethylene in plant biology. New York : Academic press, s. Kapitel 11. Anderson, L.S. & Mansfield, T.A The effects of nitric oxide pollution on the growth of tomato. Environmental Pollution. 1979, ss Andersson, Stina Resurseffektivare energi- och växthusföretag genom industriell symbios. Linköping : Linköpings unversitet - Tekniska högskolan, Bailey, B.J Thermal screens for reducing heat losses from glasshouses. u.o. : Technical and Physical Aspects of Energy Saving in Greenhouses 1976, Bakker, J.C., o.a Greenhouse climate control - An intergrated approach. The Netherlands : Wageningen Pers., Bendiganavale, Ashwini K & Malshe, Vinod C Infrared reflective inorganic pigments. Mumbai : University Institute of Chemical Technology, Blacquière, T, Cornelissen, B & Donders, J Bumble bee colony decline in greenhouses with supplemental lighting. Proc. Neth. Entomol. Soc. Meet. 18: Borg, Mats Analys av data från Tike om växthusodling i Österbotten, Södra Österbotten och Mellersta Österbotten. Slutrapport för projektet Energieffektiva växthus Vasa : Yrkeshögskolan Novia, Borg, Mats Analys av svar i enkätundersökning riktad till växthusodlare i Österbotten odlingsåret Vasa : Yrkeshögskolan Novia, Brajeul, E., Lesourd, D. & Loda, D Thermal screen evaluation in soilless cucumber crop under glasshouse. Acta Horticulturae. 2004, Vol. 691, ISHS Britannica, Encyclopedia Science & Technology, light-emitting diode. Encyclopedia Britannica. [Online] [Citat: den ] Capron, S.J.M The effects of oxides of nitrogen on and carbon dioxide enrichment on photosynthesis and growth of lettuce. New Phytologist. 1989, ss Capron, S.J.M., Mansfield, T.A. & Hand, D.W Low temperature-enhanced inhibition of photosynthesis by oxides of nitrogen in lettuce (Lacuta sativa L.). New Phytologist. 1991, ss Capron, T.M. & Mansfield, T.A Inhibition of net photosynthesis in tomato in air polluted with NO and NO2. Journal of Experimental Botany. 1976, ss Carlsson, Maria Studie i exteriör belysning. Ultuna : SLU, CentroSolar Glass GmbH & C Centrosol Solar Glass - Product data and Technical Information. Fürth : CentroSolar Glass GmbH & C, 2011.

160 S i d a 159 Centrosolar Group AG us. [Online] [Cited: 8 18, 2011.] Chau, J Evaluation of wood biomass utilization for the greenhouse industry in British Columbia. Vancouver : The University of British Columbia, Christensen, Inger & Larsson, Gunnel Energianvändning i Trädgårdsnäringen. u.o. : Grön Kompetens AB, Dahlqvist, M Mellanbelysning och mellanplanteringar i tomatodlingen. Trädgårdsnytt 10: Dieleman, J.A. & Kempkes, F.L.K Energy saving in tomato: Determining the optimal opening strategy. Acta Horticulturae. 2006, Vol. 718, ISHS Fabrics, Bonar Technical Bonar Technical Fabrics. [Online] [Citat: den 5 maj 2011.] Fitter, A.H. & Hay, R.K.M Gaseous toxicity. New York : Academic Press, Frangi, P., Piatti, R. & Amoroso, G Evaluation of different screens for energy saving in the greenhouse. u.o. : Fondazione Minoprio - Centro MiRT, Gasek Oy [Online] den Goins, GD, o.a Photomorphogenesis, photosynthesis, and seed yield of wheat plants grown under red light-emittig diodes (LEDs) with and withour supplemental blue lighting. Journal of Experimental Botany 48: Gruda, N Impact of environmental factors on product quality of greenhouse vegetables for fresh consumption. 2005, ss. Critical Reviews in Plant Sciences 24: (Dorais & Gosselin 2002 refererad av Gruda 2005). Gull, T Handelsträdgårdsförbundets grönsaksutkotts studieresa i västra Finland. Trädgårdsnytt 6: Gunnlaugsson, B & Adalsteinsson, S Interlight and plant density in year-round production of tomato at northern latitudes. Acta Horticulturae 711: Hagentoft, C-E Vandrande fukt strålande värme - Så fungerar hus. Lund : Studentlitteratur AB, Hand, D.W CO2 enrichment in greenhouses: Problems of CO2 acclimation and gaseous air pollutants. Acta Horticulturae. 1990, ss Hand, D.W., Hannah, M.A. & Slack, G Lettuce: The pollution penalty of CO2 enrichment. Grower. 1986, ss Heimonen, R & Hänninen, K Hiilidioxidin tuotanto olkikompostista kasvihuoneilmaan. Jokioinen : Maatalouden tutkimuskeskus, Hellstén, E & Hovi, T Nedsänkta armaturer passar för paprika. Trädgårdsnytt 6:

161 S i d a 160 Hemming, Silke, Kempkes, Frank & Mohammadkhani, Vida New glass coating for high insulating greenhouses without light losses - energy saving, crop production and economic potentials. Wageningen : Wageningen UR Grennhouse Horticulture, Heuvelink, E, o.a Horticultural lighting in the Netherlands: new developments. Horticultural lighting in the Netherlands: new developments. Acta Horticulturae 711: Hogewoning, SW, o.a Blue light dose-responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light. Journal of Experimental Botany 61: Hovi, T, Näkkilä, J & Tahvonen, R Interlighting improves production of year-round cucumber. Scientia Horticulturae 102: Hovi-Pekkanen, T, Näkkilä, J & Tahvonen, R Increasing productivity of sweet pepper with interlighting. Acta Horticulturae 711: Jenkins, D LED I växthusbelysning fakta eller fiction? Trädgårdsnytt 1: Jord- och skogsbruksverket Energiprogrammet för gårdsbruksenheter. [Online] [Citat: den ] et.html. Jordbruksverket. 2007/2008. Ekologisk odling av paprika och chilipeppar. Jönköping : Jordbruksverket, 2007/2008. Jordbruksverket Ekologisk odling av tomat. Jönköping : Jordbruksverket, Jordbruksverket. 2007/2008. Ekologisk odling av växthusgurka. Jönköping : Jordbruksverket, 2007/2008. Kaivo-oja, Paulina Konstljus och pälsdjur. Vasa : Yrkeshögskolan Novia, Kallioharju, Kari LED-valaistuksen soveltaminen kasvihuoneympäristössä. s.l. : Tampereen ammattikorkeakoulu, Karl, B CO2-gödsling med avgaser från gasmotorer med katalysator. u.o. : Danskt Gastekniskt Center a/s, Keitaanpää, Teemu Kannattavuuten vaikuttavat tekijät suljetun kierron kaupallisessa vihanneskasvihuoneessa. Hämeenlinna : Hämeen Ammattikorkeakoulu, Kempkes, F L K, Stanghellini, C & Hemming, S Cover materials excluding near infrared radiation: What is the best strategy in mild climates. Wageningen : Wageningen UR Greenhouse Horticulture, Kempkes, F, o.a Cover materials excluding near infrared radiation: Effect on greenhouse climate and plant processes. Wageningen : Wageningen UR Greenhouse Horticulture, Kempkes, Frank NIR-screen as an energy saving measure. 2011, pp

162 S i d a 161 Kempkes, Frank Reasersh themes. Wageningen UR Greenhouse Horticulture. [Online] [Cited: june 7, 2011.] Kimball, B.A Influence of elevated CO2 on crop yield. [bokförf.] H.Z. Enoch och B.A. Kimball. Carbon dioxide enrichment of greenhouse crops Volume II, Physiology, yield and economics. Florida : Boca Raton, 1986, s. Kapitel 8. Koivunen, Taina Tehokkaasti kasvihuoneesta. Helsinki : Opetushallitus, Koskinen, Ossi & Frände, Niklas Tuulivoimatuotannon liiketoimintamallit ja - mahdollisuudet. u.o. : Vaasan Ammattikorkeakoulu/Yrkeshögskolan Novia, Lampinfo.se Lampinfo.se. Lampinfo.se. [Online] [Citat: den ] Lantz, Mikael, Larson, Gunnel & Hansson, Torbjörn Förutsättningar för förnybar energi i svenska växthus. Lund : Lunds Unversitet Lunds Tekniska Högskola, Law, R.M. & Mansfield, T.A Oxides of nitrogen in the greenhouse atmosphere. [bokförf.] M.H. Unsworth och D.P. Ormrod. Effects of gaseous air pollution in agriculture and horticulture. London : Butterworths Scientific Press, 1982, ss LEDlight Sweden Grönt ljus, LEDlight Sweden. Växthusbelysning. [Online] [Citat: den 26 Augusti 2011.] LI-COR Comparison of Quantum Sensors with Different Spectral Sensitivities. [Online] [Citat: den ] Ludvig Svensson Ab Ludvig Svensson Ab. [Online] [Citat: den 5 maj 2011.] Lyytimäki, Jari Unohdetut ympäristöongelmat. Tampere : Tammer-Paino, Martin, A. & Barber, F.R Sulphur dioxide, oxides of nitrogen and ozone measured continuously for two years at a rural site. Atmospheric environment. 1981, ss Massa, GD, o.a Refererad i Massa et al. 2008: Plant productivity in response to LED lighting. HortScience 43: MathIsFun Steradian. MathIsFun. [Online] [Citat: den ] Mavi Landsbygdsverket Energiprogrammet. [Online] [Citat: den ] Mavi Landsbygdsverket Energiprogrammet. [Online] [Citat: den ] Medvind - Vindkraftsportalen Medvind - Vindkraftsportalen. [Online] [Citat: den 25 augusti 2011.]

163 S i d a 162 Metz, B, et al Carbon Dioxide Capture and Storage. New York : Cambridge University Press, Miljönytta miljonytta.se/transporter/flamlos-forbranning-minskar-luftfororeningarna. miljonytta.se. [Online] [Citat: den ] Moe, R, Grimstad, SO och Gislerød, HR The use of artificial light in year round production of greenhouse crops in Norway, Acta Hort, 711: Moe, R. och Mortensen, L.M CO2 enrichment in Norway. [bokförf.] H.Z. Enoch och B.A. Kimball. Carbon enrichment of greenhouse crops Volume I, Status and CO2 sources. Florida : Boca Raton, 1986, ss Moe, Roar CO2 enrichment in scandinavia. s.l. : Agricultural University of Norway, Department of Floriculture and Greenhouse Crops, Morrow, RC LED lighting in horticulture. HortScience 43: Mortensen, L.M Effekt av CO2 tillskudd fra lav NOx brenner på veksten hos tomat ved ulike lysnivå. Norsk landsbruksforskning. 1992, ss Mortensen, L.M Nitrogen oxides produced during CO2 enrichment, effects on different greenhouse plants. New Phytologist. 1985, ss Mortensen, L.M Nitrogen oxides produced during CO2 enrichment, effects on different tomato and lettuce cultivars. New Phytologist. 1985, ss Mortensen, L.M Nitrogen oxides produced during CO2 enrichment, effects on tomato at different photon flux densities. New Phytologist. 1986, ss Mård-Ek, Anna Framtidens Belysning. Vasa : Yrkeshögskolan Novia, Möller Nielsen, J Växthusteknik. u.o. : Jordbruksverket, Nederhoff, E & Houter, B Cost & benefit of an energy screen in a glasshouse in New Zealand. 2006, Vol. The grower 2006 (1). Nissinen, A, Vänninen, I & Koivisto, K Ljusets färg påverkar mjöllössen vita flygare landar inte lika ofta på tomatblad under blått och rött ljus. Trädgårdsnytt 2: Norén, Corfitz Evaluation of CO2-fertilization of a greenhouse with flue gases from a microturbine. Malmö : Svenskt Gastekniskt Center Ab, Näkkilä, J, o.a Kasvihuonevihannesten yhteyttämisen tehostaminen ympärivuotisessa tuotannossa. Loppuraportti Näkkilä, M & Muranen, J Belysning nertill ger effektivare tomatproduktion under den mörka tiden av året. Trädgårdsnytt 1: Padfield, Tim Fundamental microclimate concepts. Conservation Physics. [Online] [Citat: den ]

164 S i d a 163 Peiper, U.M., o.a Shading net (60%) as a thermal screen and for greenhouse's shading. u.o. : Institute of Agricultural Engineering, Pérez, Marcelino Pumar Efficient of the Bulbs. Mikkeli : Mikkeli University of Applied Sciences, Petersson, B-Å Byggnaders klimatskärm. Lund : Studentlitteratur AB, Pinho, P Usage and control of solid-state lighting for plant growth. 60 p. + app. 117 p. ; Urbonavičiūté et al. (2007, refererad i Pinho 2008). u.o. : Dissertation, Helsinki University of Technology, Plant Care Parafence - The Ultimate Windbreak Fencing System. Plant Care. [Online] [Citat: den 2 augusti 2011.] Polysack Polysack. [Online] [Citat: den 5 maj 2011.] Pukki, A & Hovi, T Tomaatin alalehtiäkin kannattaisi valottaa. Puutarha & Kauppa 22: Randall, Jesse Farmstead Windbreaks: Planning. Iowa State University : University Extension, Rees, A.R. & Hand, D.W Efficiency and the glasshouse industry. Biologist. 1980, ss Richards, Emma enzinearticles.com/health and Fitness/Eyes Vision. enzinearticles.com. [Online] Enzinearticles, 8 28, [Cited: 8 3, 2011.] Lens-Coatings---Pros-and-Cons&id= Samuoliene, Giedre, o.a The possibility to control the metabolism of green vegetables and sprouts using light emitting diode illumination. Vilnius : Lithuanian Institute of Horticulture, Institute of Materials Science and Applied Research, Schoenung, S. & Eyer, J Benefit/Cost framework for evaluating modular energy storagea study for the DOE energy. California : Sandia report SAND, Schüssler, H.K & Bergstrand, K.J Lysdioder - Framtidens växthusbelysning? Alnarp : SLU, Science, Access Sodium-vapor lamp. Access Science. [Online] [Citat: den ] Sheard, G.F Shelter and the effect of wind on the heat loss from greenhouses SIA GroGlass Advanced coatings on glass - for light and climate control in greenhouses. groglass.com. [Online] SIA GroGlass, [Cited: 8 3, 2011.] Sjöholm, Daniel Växthusenkätundersökning , Information om enkätundersökningen samt presentation av svar och analyser, enkät A, frågorna 6 14, den kvalitativa delen. Vasa : Yrkeshögskolan Novia, 2011.

165 S i d a 164 Soini, M Talvitomaattia odottavin mielin. Puutarha & Kauppa 47: Sonneveld, P J, o.a Greenhouse with an intergrated concentrated PV system. Wageningen : Wageningen UR Greenhouse Horticulture, Stadler, C Effects of lighting time and lighting source on growth, yield and quality of greenhouse sweet pepper. Rit Lbhĺ nr. 34, 53 pp Sturrock, J.W Wind protection of greenhouses Svenskt Gastekniskt Center Ab Koldioxidgödsling med hjälp av naturgas - Sammanfattning av SGC rapporter 026 och 069. Malmö : Svenskt Gastekniskt Center AB, Syd-Österbotten (FNB) Ny kylmetod ökar skörden i växthus. [Online] Syd-Österbotten, den [Citat: den ] Taulavuori och Murmann Tekovalon käyttö kasvihuoneissa. i Koivunen T (ed.): Tehokkaasti kasvihuoneesta. Opetushallitus, 3. tryck, s The Royal Commission on Environmental Pollution Artificial light in the environment. The Royal Comission on Environmental Pollution. United Kingdom : The Stationery Office Limited, Throndsen Charcoal for heating and CO2-enrichment in greenhouses - Possible applications. [bokförf.] S. Rustad, T. Olsen och P. Thoresen. A technical and economical evaluation of a charcoal-based combustion system for CO2-enrichment. u.o. : Acta Horticulturae, 1984, ss TNO themes/built environment/markets/greenhouse horticulture/producys/co2 buffering: producing more at a lower cost. [Online] [Cited: 9 1, 2011.] &laag3=396&item_id=1452&taal=2. Torre, S, o.a Blått och rött LED-ljus som mellanbelysning påverkar kvalitet och lagringsegenskaper hos gurka. Trädgårdsnytt 11: Treiman, A Life at the limits: Earth, Mars, and Beyond. [Online] [Citat: den ] g. Trouwborst, G, o.a The responses of light interception, photosynthesis and fruit yield of cucumber to LED-lighting within the canopy. Physiologia Plantarum 138: Tuominen, J Valota ja huolla harkitusti. Puutarha ja Kauppa 14: Työ- ja elinkeinoministeriö, Energiaosasto Energiakatsaus 2/2011. Työ- ja elinkeinoministeriö. [Online] den [Citat: den ]

166 S i d a 165 U.S. Department of Energy Low pressure sodium. Energy Efficiency & Renewable Energy. [Online] den [Citat: den ] Wang, Zhi Yuang, o.a Near-infrared absorbing organic materials. Ottawa : Departement of Chemistry, Carleton University, Vasabladet Pressat läge för växthusodlare. [Online] Vasabladet, den [Citat: den ] What-when-how What-when-how. [Online] [Citat: den ] Wikipedia/stirling_engine Stirling engine. Wikipedia. [Online] [Citat: den ] Wikipedia/sunlight Solar radiation spectrum. Wikipedia sunlight. [Online] den Winspear, K.W. & Bailey, B.J: Thermal screens for greenhouse energy effectiveness. Symposium on Potential Productivity in Protected Cultivation Wizelius, Tore Vindkraft i teori och praktik. Lund : Studentlitteratur Ab, Wizelius, Tore Vindkraft på lantbruk. u.o. : Vindform Förlag, Yeh, N och Chung, J-P High-brightness LEDs energy efficient lighting sources and their potential in plant cultivation. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13: Yorio, NC, o.a Improving spinach, radish, and lettuce growth under red light-emitting diodes (LEDs) with blue light supplementation. HortScience 36: Zemission zemission.se. [Online] [Cited: 8 4, 2011.] Öztürk, H. & Bascetincelik, A Effect of thermal screens on the microclimate and overall heat loss coefficient in plastic tunnel greenhouses. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 2003, Vol (27).

167 S i d a 1 Bilaga 1: Nelikon Oy UTREDNING AV UTBUD AV VÄRMEANLÄGGNINGAR TILL VÄXTHUS ENERGIEFFEKTIVA VÄXTHUS 2015 Nelikon Oy Vasa

168 S i d a 2 april Beskrivning av bakgrunden till och målet med utredningen 2. Uppvärmningsmetoder som används i växthus Beskrivning av uppvärmningsmetoder 3. Anbudsbegäran 4. Sammandrag

169 S i d a 3 1 Beskrivning av bakgrunden till och målet med utredningen 1.1 Allmänt Av finländska växthus som används för odling kan 90 % (enligt yta) uppvärmas och av dessa uppvärms nästa 80 % minst i sju månader. Växthusens behov av uppvärmning begränsas främst till vintermånaderna, men även sommartid behöver växthus värmas upp i synnerhet under kalla perioder och på morgnarna för att avlägsna för stor fuktighet. När man undersöker uppvärmningslösningar i växthus bör man beakta växthusets totala energianvändning eller -behov, eftersom endast en del av energianvändningen beror på uppvärmningen. Enligt växthusets energibalans utgör uppvärmningen endast 8 % av växthusets energiförbrukning. Tabell 1.1 Visar växthusets energibalans (Södra Finland) Inkommande energi 2000 kwh/m 2 /a % "Utgående" energi % uppvärmning 8 uppehållande av växters avdunstning 40 instrålning 40 kylning 22 värme från konstbelysning 52 ledning genom beklädnad 38 Källa: Kari Jokinen, Kaukoranta MTT Vid assimilationsbelysning eller ljusodling som används i synnerhet vid odling av tomater, krukgrönsaker och -blommor har värmen från konstbelysningen blivit en mycket viktig värmekälla. Betydligt större skördar har kompenserat höjda elkostnader. Under de senaste åren har tyngdpunkten i forsknings- och utvecklingsverksamhet som inriktats på energianvändning i växthus legat på spar- och effektiveringsåtgärder inom alla delområden inom energibalans. Som en viktig faktor kan nämnas att man allt oftare har börjat använda LED-belysning för att minska elförbrukningen likaså strävar man efter att utveckla metoder och utrustning för att optimera energianvändningen, intelligenta styrlösningar och en bättre dynamisk kontroll av hela växthusmiljön. 1.2 Om mål Målet är att för projektet samla tillräckligt omfattande information om nuvarande nya uppvärmningsformer och -utrustning som används i växthus eller som man känner till och marknadspriset på dessa.

170 S i d a 4 2 Uppvärmningsmetoder som används i växthus Enligt utredningen hade växthus följande energikällor: Tabell 2.1 Energikällor i växthus Energikällor i växthus % Brännolja 30 Torv 13 Träbaserat och annat biobränsle 9 Fjärrvärme 9 Stenkol, natur- och flytgas 12 El 28 Källa: Tike Växthus uppvärms (~ värmeöverföring) på flera olika sätt: genom att blåsa in varm luft i utrymmet, via värmerör (vattenuppvärmning), strålningsvärme (bland annat belysning). I nedanstående finns en kort beskrivning av nuvarande uppvärmningslösningar i växthus och uppvärmningsutrustning enligt använda energikällor. Dessutom beskrivs nya uppvärmningslösningar som introduceras på marknaden, som har testats eller som lämpar sig för uppvärmning/producering av energi i växthus. 2.1 Oljeuppvärmning Oljeuppvärmning är fortfarande det viktigaste uppvärmningssättet i växthus trots att användningen på grund av stigande bränslepriser stadigt håller på att minska. En modern oljepanna är effektiv om den isolerats bra. Temperaturen i rökgaserna är C, varvid skadlig vattenånga inte kondenseras på ytorna inne i pannan eller i rökkanalen. Pannornas verkningsgrad är över 90 %. Pannornas styrning kan långt automatiseras och de anses vara driftsäkra. Kort beskrivning av oljepannans funktion: Oljan pumpas i brännaren, där den flytande oljan förångas till en blandning av olja och luft som brinner så fullständigt som möjligt. Brandgaserna värmer upp vattnet som cirkulerar i pannan och ut i värmeledningarna. Pannans termostat det vill säga anordningen som justerar temperaturen i pannvattnet styr brännaren enligt pannans behov av värme. Ett flamkontrolldon övervakar förbränningen och automatiken i oljebrännaren startar eller stannar brännaren och övervakar säkerheten vid drift. Brännaren ska underhållas minst vartannat år. I störningssituationer kopplas elmotståndet i oljepannans vattentank på automatiskt när vattennivån i tanken sjunker tillräckligt lågt. En pannas normala teknisk-ekonomiska användningstid är cirka år och oljebrännarens cirka år. (källa: Neste). Trots att oljeuppvärmningens andel som huvudvärmekälla minskar kommer den ändå att finnas kvar som en dellösning vid uppvärmning av växthus och åtminstone som reservvärmekälla.

171 S i d a Natur- och flytgas En oljeuppvärmningsanläggning kan efter små ändringar användas också med naturgas. Brännartillverkare levererar gasbrännare och kombinerade brännare. 2.3 Uppvärmningsformer som baserar sig på förnybara bränslen (=trä, torv) I pannanläggningar som används för uppvärmning av växthus (under 2 MW) är förbränning med stoker eller rost samt i några även förgasningsförbränning och roterugn utan rost de viktigaste förbränningssätten för trä och torv. Funktionen i moderna pannor är långt automatiserad: förbränningen startar när temperaturen i pannvattnet sjunker under inställt värde och fortsätter så länge att börvärdet åter har uppnåtts. I alla anläggningar finns också något slags reservsystem. Bränslen som är avsedda för förbränning av olika slags fasta bränslen skiljer sig från varandra i fråga om principer och användningsegenskaper. I det nedanstående beskrivs kort viktiga förbränningssätt och -anläggningar Stokerförbränning En stoker är en anläggning som automatiskt doserar fast bränsle och reglerar dess förbränning. Flamman brinner i stokerns brännhuvud som har placerats i pannans stoker genom en stokeröppning eller en lucka som byggts i pannan. Utöver flis bränns bland annat stycketorv, torvpellets eller sågspån i stokers Rostförbränning Vid rostförbränning matas bränslet in på en fast eller rörlig rost längs vilken den rör sig framåt medan förbränningen fortskrider. Förbränningen brinner som fast biobränsle (torkning, kolning, förgasning och förbränning av restkol). Rostkonstruktionen beror på bränslet och pannstorleken. Rostar indelas i fasta och mekaniska rostar. En fast rost t.ex. plan-, sned- eller trapprost kyls med luft eller vatten. Fördelar med rostförbränning är bland annat: möjlighet att bränna bränsle i stora partiklar litet behov av egen drifteffekt. Nackdelar med rostförbränning är bland annat: hög luftfaktor (1,3 1,4) dålig justerbarhet (långsamma justeringsegenskaper) känslig för bränslekvalitet (jämnstora partiklar) stor mängd obrunnet bränsle utsläpp i samband med ofullständig förbränning rörliga rostjärns underhållsbehov.

172 S i d a Förgasningsförbränning Vid förgasning förgasa bränslet i hög temperatur genom inmatning av mindre mängd luft än vad som behövs för en fullständig eller stökiömetrisk förbränning. Vid förgasningen torkar bränslet och sönderfaller i en pyrolys, restkolen förgasas och det sker en förbränningsreaktion. Genom förbränning av restkol produceras största delen av den värmeenergi som behövs för förbränning CHP-förbränning Vid kombinerad värme- och elproduktion (CHP) utnyttjas energiinnehållet i bränslet genom att producera både elektricitet och värme varvid bränslets energiinnehåll utnyttjas effektivt och man sparar bränsle. Metoden används ännu inte i större omfattning i växthus. 2.4 Andra sätt att producera värme Fjärrvärme Fjärrvärme används för uppvärmning av växthus på orter där det är förmånligt att ansluta sig till fjärrvärmenätet. Ofta är detta ett dyrt alternativ eftersom växthus ligger på glesbygdsområden. Utöver anslutning kräver fjärrvärmen en värmeväxlare i ett värmesystem med vattencirkulation Eluppvärmning Trots att man i växthus sällan använder direkt eluppvärmning förutom som tillfällig uppvärmning eller reservvärmekälla har den indirekt blivit en viktig värmekälla i och med assimilationsbelysningen (ljusodling). Under de senaste åren, egentligen under hela 2000-talet, har åretruntodling blivit vanligare och ljusodling ökat och detta har styrt hur energianvändningen i växthus har fördelat sig mellan olika produktionsformer och starkt ökat eluppvärmningens andel. Genom assimilationsbelysning har man kunnat förlänga skördesäsongen och förbättra kvaliteten på produkterna samt effektivera produktionen så att man har kunnat täcka energikostnaderna per produktenhet med den extra inkomst som skörden har gett. Således producerar många företag krukgrönsaker, tomater, gurkor, snitt- och krukblommor året runt. Vid assimilationsbelysning används högtrycksnatriumlampor på grund av det stora ljusutbytet och i någon mån glödlampor. Användningstiden för HPS-lampor är cirka timmar och under 10 års tid måste man byta lampor 3 gånger och reflektorer en gång. Eleffekten som används för belysning varierar mellan 100 och 180 W/m² beroende på vilka produkter man driver upp. På så vis kräver till exempel ett växthus på 2 hektar som producerar gurkor med en installationseffekt på 160 W/ m² st. 400 W:s lampor. Anmärkningsvärt är att belysningen kan styras automatiskt så att mängden tillfälligt naturljus, dagens längd samt prognostiserad total ljusmängd beaktas. Av den energi som används vid assimilationsbelysning övergår minst % till värmeenergi (strålningsenergi) och värmer upp växthuset och minskar på så sätt

173 S i d a 7 behovet att producera annan uppvärmningsenergi. Den totala energianvändningen i växthus har på grund av detta inte ökat. 2.5 Nya framtida metoder för att producera värme eller energi LED-belysning Att använda LED-belysning ger betydande inbesparingar i elförbrukningen (och den eleffekt som behövs) jämfört med de belysningssystem som nuförtiden används, t.ex. i högtrycksnatriumlampor. Tillämpningar undersöks och utvecklas intensivt också i Finland. Det torde ändå ännu ta en tid innan LED-belysning används i större omfattning. Ännu finns det många problem som måste lösas. I den undersökning som publicerades i fjol (Janne Anderson/ TTK ) beskrivs nuläget på följande sätt: Nyttan av LED-belysning i växthus utkristalliserar sig huvudsaklige i två kärnfrågor: kan man med hjälp av led optimera och producera det ljus som växterna behöver förmånligare än med högtrycksnatriumlampor samt vilken betydelse har infrarödstrålning som är långvågigare än fjärrött ljus för växternas välmående. På belysningskostnader inverkar förutom elpriset även priset på armaturer, ledljus, lampor och elektroniken som styr dessa och verkningsgraden samt underhållskostnaderna för belysningen. Dessutom om man ökar fotonflödet för blått ljust ökar det energianvändningen i förhållande mera än rött ljus eftersom blått ljus har större fotonenergi än rött ljus. Om man börjar använda LED-belysning kommer man att planera belysningen enligt produkt dvs. använda olika led för olika växter Vindenergi I och med inmatningstarifflösningen (förslagen tariffnivå 83,5 /MWh) med en bryteffekt på 500 kva eller 0,5 MW kan vindkraftverk vara en ny, åtminstone lokal, lösning eller dellösning för energibehov i växthus. I regeringens beslut finns ingen skyldighet till tvångsköp för energibolag. För vindkraftinvesteringar kan man få också investeringsstöd Jordvärme Jordvärme tillvaratas genom flödande vätska i kollektorer vars temperatur man höjer med hjälp av jordvärmepumpsteknik för att värma upp växthus. 70 % av den värmeenergi som behövs för uppvärmningen samlas i naturen. Dessutom behövs cirka 30 % elenergi för att driva olika komponenter i anläggningen.

174 S i d a 8 Figur 2.1. Visar ett värmepumpsystem. I värmesystemet används två beredare av vilka den ena kan anslutas också till andra värmekällor. Jordvärmen ses som en beaktansvärd uppvärmningsform för växthus när den har etablerat sin ställning som uppvärmningsform i bostadshus Solvärme Vid solvärme används solenergi för att värma upp bruksvatten eller inneluft. Vid uppvärmning med solenergi används energin som direkt värme utan att omvandla det till elektricitet; värmen tillvaratas med solfångare och överförs till användningsobjektet med en vätska och lagras i en värmeackumulator för senare användning.

175 S i d a 9 Figur 2.2. Visar ett solvärmesystem Solcell (solpanel) En solcell är en anläggning som omvandlar solstrålar på samma våglängd som synligt ljus till elenergi. Solcellerna omvandlar strålningsenergin från solen till elektricitet varvid likspänning uppstår som i sin enklaste form kan användas till exempel för att ladda upp 12 volts ackumulatorer. Medelvärdet för den elenergi som solpanelerna producerar är 0,75 kwh/m 2 /dygn.