Energieeinsparung im Gartenbau durch intelligente Klimaregelung im Gewächshaus

In Bayern gibt es laut Bayerischem Gärtnerei Verband (BGV) circa 870 Zierpflanzenbetriebe mit überwiegendem Anbau von Topfpflanzen. Ein zentraler Faktor in der gartenbaulichen Produktion unter Glas ist der hohe Energiebedarf in den Monaten September bis Mai. Bei einer durchschnittlichen Solltemperatureinstellung von 16 °C bedeutet dies einen Heizenergieverbrauch von ca. 350 kwh pro m² und Jahr, was umgerechnet ca. 35 Liter/m² Heizöl entspricht. Im Durchschnitt nehmen die Energiekosten daher einen Anteil von 20 - 25 % der Produktionskosten ein. In der Vergangenheit wurden verschiedene Möglichkeiten zur Energieeinsparung in der Gewächshausproduktion (z.B. Isolierglas, Energieschirme etc.) aufgezeigt und in der Praxis umgesetzt. Eine neue, besonders effektive Möglichkeit bietet die Klimaregelstrategie nach dem sogenannten "Weihenstephaner Modell". Statt fest eingestellter Temperatursollwerte für den Tag und für die Nacht werden in den Morgen- und Abendstunden die Temperaturanforderungen im Gewächshaus so angepasst, dass möglichst viel Energie eingespart und der CO₂-Ausstoß verringert wird. Dabei wird die Annahme zugrunde gelegt, dass Pflanzen nicht zwingend gleichmäßige Temperaturen für optimales Wachstum und Blütenbildung, sondern eine bestimmte Wärmesumme benötigen. Aufgrund dieses Energiesparkonzeptes ergeben sich folgende Phasen für die Klimasteuerung:

Phase 1: Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Deckung des Energiebedarfs am frühen Abend durch Heraufsetzen der Lüftungstemperaturen am Spätnachmittag ("Warm Evening")
Phase 2: Einsatz von Energie- und Verdunklungsschirmen zur Reduzierung des zu beheizenden Luftvolumens im Gewächshaus in der Nacht bzw. bei sehr geringer Einstrahlung.
Phase 3: Energieeinsparung durch Absenkung der Heiztemperaturen in den Morgenstunden ("Cool Morning")

Repräsentativer Vergleich des kumulativen Energieverbrauchs eines herkömmlichen Klimamodels mit dem Weihenstephaner Modell

Reglereinstellungen für Heizung und Lüftung

Zielsetzungen des Projekts

Mehrjährige wissenschaftliche Untersuchungen am Standort Weihenstephan haben gezeigt, dass Energieeinsparungen bis zu 40 % ohne Qualitätsverluste an den Pflanzen möglich sind. In der Praxis hat sich dieser Produktionsansatz aber noch nicht gänzlich verankert. Auch in anerkannten Fachbüchern werden weiterhin Kulturhinweise gegeben, die unter heutiger Betrachtungsweise bezüglich des Energieeinsatzes eher kritisch gesehen werden müssen. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, dass für die Anwendung dieser Strategie umfangsreiches Fachwissen und das Verständnis von Wachstumsabläufen notwendig ist. Die Kurse tragen also wesentlich dazu bei, eine innovative Lösung zur Verbesserung der Nachhaltigkeit zu fördern. Für die teilnehmenden Betriebe und deren Mitarbeiter/innen werden die neuesten Ergebnisse vorgestellt und das Fachwissen im Rahmen des Online-Kurses sowie in Seminaren verfestigt. Das Lernpensum über E-Learning kann individuell in den Arbeitsalltag integriert werden. Die teilnehmenden Betriebe sind aufgefordert, ihre Kultur- und Klimaführung genau zu dokumentieren. Die eingestellten Soll- und Istwerte sind ebenfalls zu protokollieren. Durch Vernetzung der Daten aus der Projektgruppe entsteht in kurzer Zeit ein umfassender Datenpool, der vom Projektteam der HSWT analysiert und interpretiert wird. Durch den Austausch der Kulturerfahrungen kann in kürzester Zeit auf einen großen Erfahrungsschatz zurückgegriffen werden. Dieser soll nach Ablauf dieses Projektes einem erweiterten Interessentenkreis zur Verfügung gestellt werden.

Zwischenbilanz (Februar 2020)

Im Rahmen des Projektes fanden mittlerweile mehrere Veranstaltungen an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf statt. Es gab beispielsweise Vorträge zur Eignung von Weihnachtsstern-Sortimenten für kühle Temperaturführung. Parallel dazu konnten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer projektbegleitende Demonstrationsversuche zur Klimaregelstrategie nach dem "Weihenstephaner Modell" bei Poinsettien oder Beet- und Balkonpflanzen besichtigen. Die Präsentation und Diskussion der Versuchsergebnisse erfolgte anschließend im Format von Webinaren, erwünscht waren auch Anregungen für zukünftige Versuchsanstellungen.

Webinare im Rahmen des Projekts bilden ein verbindendes Element im zugrundeliegenden "Blended-Learning"-Konzept. Dieses beinhaltet den Verbund von Präsenzveranstaltungen mit einem Online-Angebot und vereint die Vorteile wie den persönlichen Austausch mit der hohen Flexibilität der zeit- und ortsunabhängigen Bearbeitung der E-Learning Pakete. Letztere werden wie die Webinare über das Learning-Management-System Moodle zur Verfügung gestellt und sind von den Teilnehmenden selbstständig zu bearbeiten. Inhaltlich liegt dabei der Schwerpunkt zunächst auf der Vermittlung von physikalischen und pflanzenphysiologischen Grundlagen.

Im bisherigen Projektverlauf wuchs bei den Teilnehmern und Teilnehmerinnen die Bereitschaft zur Anwendung von energiesparenden Klimaregelstrategien. Erste Erfahrungsberichte aus den mitwirkenden Betrieben bestätigen die Ergebnisse der jahrelangen Forschungsarbeit am Institut für Gartenbau, wonach bei gleichbleibender Qualität der Heizenergiebedarf um 25 bis 40 % reduziert werden kann. Weiterhin gab es Berichte über eine deutliche Verringerung des Einsatzes von chemischen Wuchshemmstoffen zur Höhenkontrolle der Kulturen.

Zukünftig sind Treffen in teilnehmenden Betrieben und Ergänzungen im Bereich der Lernpakete geplant. Noch vor Projektende im Herbst 2020 soll zudem über die weitere Verwendung der erarbeiteten Inhalte entschieden werden. Eine Nutzung im Rahmen eines open-vhb Kurses wird diskutiert.