Energieffektiv klimakontroll av veksthus

Medforfattere: AUGUST BRÆKKEN (SINTEF Energi) og MICHAEL BANTLE (SINTEF Energi) –

Ikke bare kan veksthus bidra til økt vekst og produktivitet, men også til mer bærekraftig og utslippsfri matproduksjon. Det er hva ClimaGreen-prosjektet i Romania vil vise.  

Jordbruk og klimaendring

En stor andel av drivhusgassene som forårsaker klimaendringer kommer fra jordbruket.  Samtidig påvirker de globale klimaendringene jordbruksproduksjon negativt. Ekstreme værforhold som kraftige regnskyll, flommer, hetebølger og tørke, har allerede en negativ innvirkning på avlinger, og presset på de globale matsystemer kommer sannsynligvis til å øke i de nærmeste årene. Befolkningsveksten i verden krever i tillegg at matproduksjonen må øke betydelig innen 2050. Bærekraftig mat bør derfor være et aktuelt tema over hele verden.

For å håndtere klimaendringene og sikre en sunn og bærekraftig matproduksjon må  landbruket nå være raske til å ta i bruk mer ressurseffektive og klimavennlige teknologier.

Veksthus i jordbruksindustrien

Bærekraftig produksjon av frukt og grønnsaker i veksthus er et godt alternativ for å sikre matforsyning til en voksende global befolkning. Veksthus gir gunstige vekstforhold og beskytter avlingene fra ytre trusler som ekstreme værforhold og ulike skadedyr. Veksthus med effektive systemer for kontroll av inneklimaet muliggjør dessuten utvidede vekstsesonger og produksjon av avlinger utenfor avlingenes normale sesong og/eller naturlige geografiske område. Veksthusdrift innebærer at mat kan produseres i et kontrollert miljø, noe som vil føre til raskere vekst og høyere verdiskapning.

Veksthus krever mindre plass enn tradisjonelt utendørsjordbruk. Det betyr at veksthusene kan plasseres sentralt i byer eller byområder hvor det ellers er knapphet på arealer og tomteprisene er høye. Fordelen med urbane veksthus er at maten blir kortreist, og kostnader og miljøbelastning i forbindelse med transport begrenses til et minimum.

Jordbruk i Romania

Europeisk landbruk er preget av store forskjeller mellom de ulike landene når det gjelder produksjonsmetoder, klimaforhold og effektivitet. Mens Nederland i 2016 sto for 6,3 % av EUs landbruksproduksjon basert på 1,8 millioner hektar utnyttet areal, sto Romania for 3,3 % av denne produksjonen med et utnyttet areal på 12,5 millioner hektar.

I Romania er utendørs landbruksproduksjon langt mer vanlig enn innendørs veksthusproduksjon. Produktiviteten er imidlertid relativt lav, og potensialet er ikke fullt utnyttet. En av grunnene til dette er det store antallet små gårdsbruk som ofte anvender ineffektive metoder for matproduksjon. Faktisk står Romania for nesten en tredjedel av antall gårdsbruk innenfor EU, hvorav mer enn 90 % er mindre enn 5 hektar i utstrekning.

Veksthusproduksjon har tradisjonelt vært relativt vanlig i Romania, men etter kommunistregimets fall i 1989 har mange veksthus blitt nedlagt og det samlede arealet for innendørs dyrking av frukt og grønnsaker har blitt mindre. Likevel har det i det siste årene vært en økende interesse for moderne veksthus med ny teknologi. For å minimere behovet for å importere mat og dekke den innenlandske etterspørselen etter lokalt produsert frukt og grønnsaker, fokuseres det nå på økt effektivitet og produktivitet i veksthusbransjen.

ClimaGreen-prosjektet

Energieffektiv klimakontroll av et veksthus for økt produktivitet (ClimaGreen) er et tverrfaglig forskningsprosjekt med formål å forlenge vekstsesongen og øke produktiviteten i et rumensk forskningsveksthus gjennom optimalisering av de inneklimatiske forholdene. Hovedmålet er å demonstrere et systemkonsept for integrasjon av varmepumper og termisk energilagring i veksthus for å redusere energiforbruket som trenges for å kontrollere klimaforholdene i veksthuset.

Les mer: Varmepumpeteknologi

Forskningsveksthuset ligger ved University of Agronomic Sciences and Veterinary Medicine (USAMV) i Bucuresti, Romania. Hovedutfordringen ved veksthuset er å opprettholde kjølige og optimale vekstforhold i den varme sommersesongen. Med dagtemperaturer som av og til kan komme opp i 35–40°C i juli og august, kan temperaturen i veksthuset stige til mer enn 65°C i sommermånedene. Slike temperaturer er naturlig nok alt for høye for planter og grønnsaker, da veksten vil stoppe og plantene vil dø lenge før man kommer opp i disse ekstreme temperaturene.

Effektiv drift av veksthus krever nøyaktig kontroll av klimatiske forhold med hensyn til temperatur, fuktighet og CO₂-konsentrasjoner. For veksthus i nordlige deler av Europa er det mest fokus på oppvarming for å kontrollere temperaturen. Med klimaet i Romania, preget av varme somre og kalde vintre, er det behov for både kjøling og oppvarming av veksthus gjennom året.

Et nytt energieffektivt konsept

Et nytt energieffektivt konsept vil bli installert i veksthuset ved USAMV der et integrert varmepumpesystem vil gi både kjøling og oppvarming etter behov. Veksthuset blir for tiden oppvarmet av en gasskjele som også brukes om sommeren for å produsere CO₂ som trenges til plantene.

På varme dager blir veksthuset avkjølt ved takventilasjon. Ventilasjonssystemet er imidlertid ikke fullkomment siden taklukene er for små til å kunne senke temperaturen i veksthuset til akseptable nivåer. I tillegg fører ventilasjon til tap av CO₂ og gjør det vanskeligere å ha kontroll på fuktigheten.

I det nye konseptet vil fuktigheten i veksthuset bli kontrollert gjennom kondensering av fuktig luft og resirkulering av det kondenserte vannet tilbake til plantene. Den fossildrevne gasskjelen vil bli erstattet med et integrert varmepumpesystem, og CO₂-nivået vil bli sikret ved tilsetting av ren CO₂ fra en installert CO₂-tank.

Selv om det fortsatt vil være et behov for takventilasjon på veldig varme dager, vil dette bli brukt minst mulig for å ha bedre kontroll på fuktigheten og CO₂-nivåene i veksthuset. I tillegg vil systemet legge til rette for sesongmessig lagring av overskuddsvarme. Ved bruk av termisk energilagring i borehull vil sommerens overskuddsvarme lagres i grunnen for bruk om vinteren. I kombinasjon med borehullene vil også dynamisk termisk energilagring bli anvendt ved bruk av en stor underjordisk vanntank for å utnytte temperaturvariasjonene mellom dag og natt.

Les mer: Termisk energilagring

Et verdifullt norsk-rumensk samarbeid

Et seminar i regi av ClimaGreen ble nylig holdt i Bucuresti med deltakere fra USAMV, SINTEF Energi og Gether AS. Blant de profilerte deltakerne var Professor Adrian Asănică, dekan ved fakultetet for hagebruk ved USAMV, og Thorstein Wangen, rådgiver for EEA and Norway Grants ved Den Kongelige Norske Ambassade i Bucuresti.

Professor Asănică fremhevet viktigheten av ClimaGreen og prosjektets bidrag til det verdifulle samarbeidet mellom Norge og Romania, mens Thorstein Wangen presenterte rollen til Norway Grants i forskning og vitenskap. Seminaret inkluderte et besøk til forskningsveksthuset ved USAMV samt tekniske diskusjoner om detaljene til det foreslåtte prototypesystemet. ClimaGreen er finansiert av Norway Grants som er en egen norsk støtteordning og er en del av EØS-avtalen, og som har som formål å redusere de sosiale og økonomiske forskjellene i det europeiske økonomiske samarbeidsområdet. Prosjektet koordineres og ledes av University of Agronomic Sciences and Veterinary Medicine (USAMV) i Bucuresti, Romania. SINTEF Energi og Gether AS er de norske partnerne i prosjektet.