De kas als warmtecollector

De kas van Holstein Flowers is uitgerust met twaalf dubbele LBK’s die vanuit het kasdek de buitenlucht aanzuigen en via slurven in de kas verdelen.

Fresnel-lenzen

Sinds 2005 is vanuit Kas als Energiebron verder gezocht naar methoden om de kas tot warmtebron te ontwikkelen. Technokas, een ontwikkelaar en bouwer van tuinbouwkassen, ontwikkelde samen met Wageningen University & Research de ‘Daglichtkas’. Dit ontwerp richt zich op het maximaliseren van de energie-efficiëntie, het verbeteren van het kasklimaat, met name voor schaduwminnende gewassen zoals orchideeën, en warmtewinning.
Het meest bijzondere aan de DaglichtKas zijn de Fresnel-lenzen die zijn geïntegreerd tussen het dubbel glas in het zuidgerichte kasdek. Deze lenzen concentreren direct zonlicht op beweegbare, zwartgeverfde buizen gevuld met water. Het water in deze buizen wordt warm en de opgewekte warmte stroomt naar buffers of een wko-systeem. De teler kan deze warmte later gebruiken voor de verwarming van de kas, waardoor hij flink op energie bespaart.
Omdat het kasdek met daarin de lenzen het directe zonlicht afvangt, is dit voordelig voor teelten die geen direct zonlicht wensen; alleen diffuus licht komt in de kas. Tot op heden heeft de Daglichtkas zich als effectief concept bewezen bij Ter Laak Orchids, een orchideeënkwekerij in Wateringen. Zij lieten na een proefproject van een halve hectare, een grote Daglichtkas van vijf hectare bouwen. Deze grote Daglichtkas kan tot 50 procent van alle benodigde warmte duurzaam opwekken, wat tot een aanzienlijke vermindering van het gasverbruik leidt. En wat voor de teler minstens zo belangrijk is, is dat dit type kas de plantkwaliteit verbetert dankzij de optimale lichtverdeling en het stabiele klimaat.

Hoge investeringen

Hoewel de Daglichtkas bij Ter Laak Orchids al sinds 2018 in gebruik is, zijn er nog geen andere Daglichtkassen gerealiseerd. Dit heeft meerdere oorzaken. ‘In de eerste plaats is deze kas vooral geschikt voor teelten die baat hebben bij diffuus licht en een stabiel klimaat. En dat geldt bijvoorbeeld niet voor groenteteelten’, vertelt Hans van Tilborgh, ontwerper en technisch engineer bij Hortivision, en betrokken bij de ontwikkeling van de Daglichtkas. ‘Ook de kostprijs per vierkante meter is, ondanks de subsidie die nog altijd beschikbaar is, flink hoger dan van een conventionele kas. Maar misschien nog wel belangrijker is dat de industrie, in dit geval de glasindustrie, niet zit te wachten op dergelijk maatwerk. Een kas van 5 hectare lijkt veel, maar voor de Europese glasproducenten zijn dergelijke speciale producties blijkbaar niet interessant genoeg.’
Bij Hortivision is Van Tilborgh inmiddels verdergegaan met het ontwikkelen van technische concepten die het kasklimaat verbeteren en energie, met name warmte, kunnen oogsten. ‘In de glastuinbouw is het binnenklimaat het allerbelangrijkste, veel belangrijker dan energiebesparing. Het binnenklimaat bepaalt de hoeveelheid en de kwaliteit van het geteelde product. Innovaties en verbeteringen aan het binnenklimaat beïnvloeden direct de opbrengst, terwijl energie een kostenfactor is. Om het binnenklimaat te optimaliseren, ontwikkelen we al vele jaren zogeheten ontvochtigingsinstallaties.’

Daglichtkas kan tot 50 procent van alle benodigde warmte duurzaam opwekken

Ontvochtigen

Van Tilborgh: ‘Er zijn twee basisprincipes voor ontvochtigen. Of je vervangt de vochtige binnenlucht door het aanzuigen en ventileren met droge buitenlucht. Of je gebruikt een systeem dat binnenlucht recirculeert langs een condenserend koudeblok.’ Bij deze laatste methode komt warmte vrij en die warmte kun je in principe terugwinnen. Beide methoden hebben, zo stelt hij, hun voor- en nadelen.
‘Met beide systemen kan de kweker met gesloten luchtramen en gesloten energieschermen vocht afvoeren. Dat is belangrijk omdat je daarmee energie bespaart. Het binnenhouden van CO₂ doe je vooral via een recirculatiesysteem, al lukt dat deels ook via een systeem met buitenluchtaanzuiging. Daarbij gebruik je nog altijd minder buitenlucht dan bij traditioneel ontvochtigen via de luchtramen. Via een systeem met recirculatie win je weliswaar warmte terug, maar daarvoor moet de teler elektrische energie inzetten. De warmte die een recirculatiesysteem terugwint, geeft de kweker vrijwel altijd weer direct af aan de kas. Maar het is ook mogelijk om die energie af te voeren en voor een bepaalde periode op te slaan.’

Luchtbehandelingskasten

Van Tilborgh begon jaren geleden op verzoek van kwekers met de doorontwikkeling van deze luchtbehandelingskasten. ‘Al snel na de introductie van onze LBK’s waren er kwekers die steeds eerder in het jaar met koele buitenlucht wilden ontvochtigen. Alleen is de buitenlucht dan nog zodanig koud dat deze te veel condens veroorzaakt en ook de planten schade berokkent. Daarop ontwikkelden wij LBK’s met verwarmingsbatterijen, die via menging met lucht van binnen, of zelfs via actieve verwarming, de toetredende buitenlucht voorverwarmen naar de gewenste binnentemperatuur. Vervolgens waren er op een bepaald moment ook kwekers die hun gewas actief wilden koelen. We hebben toen de LBK met koelblokken uitgerust.’
‘In 2023 gingen we een stap verder toen Holstein Flowers, een prominente kweker van gerbera’s, ons vroeg mee te denken over een geavanceerd energiesysteem voor hun nieuwe kas. We ontwierpen een LBK die tijdens het ontvochtigen of koelen tegelijk de warmte uit de kas kan onttrekken en afvoeren. Die afgevoerde warmte kan de kweker in een buffer opslaan voor later gebruik.’
‘In de praktijk beschikt deze kas van 6 hectare over twaalf dubbele LBK’s die vanuit het kasdek de buitenlucht aanzuigen en via slurven in de kas verdelen. Deze luchtbehandelingskasten kunnen de kas met buitenlucht ontvochtigen en koelen en eventueel die lucht ook verwarmen. Het onderdeel in dit systeem dat voor warmteterugwinning zorgt, is op dit moment nog niet in gebruik genomen. Holstein Flowers heeft dit vooral met het oog op de toekomst laten ontwikkelen.’
‘Om de warmteterugwinning te kunnen benutten, zal de kweker eerst nog in een warmtepomp en eventueel een opslagbuffer moeten investeren. Daarmee is het concept bij Holstein Flowers op dit moment puur een ontvochtigingssysteem dat werkt op basis van buitenluchtaanzuiging en ventilatie, maar dat in de toekomst als recirculatiesysteem met warmteterugwinning kan werken. Als het zover is, schakelt dit concept om naar een ander systeem; van buitenluchtaanzuiging naar recirculatie! Het is óf ventileren óf recirculeren met warmtewinning.’

Bij Middelburg Chrysanten hangen aan beide kopgevels LBK’s die de benodigde voelbare warmte voor het ontvochtigen direct terugwinnen met behulp van lucht/lucht-warmtewisselaars.

Warmte terugwinnen

Dit flexibele concept was voor een andere kweker, Middelburg Chrysanten in Made, aanleiding om Hortivision vorig jaar te vragen een energieconcept te ontwikkelen op basis van ontvochtiging met buitenlucht, maar met warmteterugwinning én de mogelijkheid van warmte oogsten.
‘Een ontvochtigingssysteem met buitenluchtaanzuiging wint meestal geen warmte terug, maar wij – en er zijn nog een paar partijen – hebben een systeem ontwikkeld waarmee dit wel kan. Wij doen dit via LBK’s die we aan de gevel of onder het kasdek hangen. Deze LBK’s blazen koele buitenlucht de kas in om daarmee het klimaat in de kas te ontvochtigen. Zo kan de teler zijn luchtramen langer gesloten houden en warmte, en dus energie, maar ook CO₂ beter binnenhouden. Dit levert eigenlijk altijd al een forse energiebesparing op.’
‘Uniek in dit tuinbouwproject is de keuze voor een klimaatsysteem dat uit twee typen luchtbehandelingskasten bestaat; een type aan de gevel en een type boven het middenpad door het dek. Aan de beide kopgevels hangen LBK’s die de benodigde voelbare warmte voor het ontvochtigen direct terugwinnen – zonder tussenkomst van een warmtepomp – met behulp van lucht/lucht-warmtewisselaars. Deze wisselaars zijn asymmetrisch ontworpen, omdat de energie in de vochtige kaslucht veel groter is dan wat de droge buitenlucht aan warmte kan opnemen.’
‘De andere LBK’s, die boven het middenpad hangen, winnen de benodigde latente warmte voor het ontvochtigen terug via lucht/water-warmtewisselaars. Het terugwinnen van deze warmte gebeurt juist indirect, dus met tussenkomst van een centrale warmtepomp. Deze warmtepomp is kleiner en verbruikt minder elektriciteit dan nodig is bij een recirculatiesysteem, omdat het hier slechts om een deel van de benodigde warmte gaat. In het voorjaar, de zomer en het najaar kun je met deze LBK’s ook warmte oogsten. Daarvoor zetten we de warmtepomp zeer effectief in. Tegelijk gebruiken we dezelfde warmtepomp in de winter voor thermische rendementsverbetering van de wkk-installatie, om warmte uit de tweede rookgascondensor te halen.’

Teler kan dankzij LBK’s warmte, en dus energie, maar ook CO₂ beter binnenhouden

Opwaarderen

Behalve de genoemde warmtewisselaars, bevatten de LBK’s drie toerengeregelde ventilatoren, vier verstelbare luchtkleppen en één toerengeregelde koudwaterpomp die de teruggewonnen warmte afvoert. ‘We kunnen deze onderdelen stuk voor stuk onafhankelijk van elkaar aansturen, zodat we alle energiestromen apart kunnen regelen en optimaal kunnen afstemmen op de omstandigheden van het moment’, aldus Van Tilborgh.
Een elektrische water-waterwarmtepomp, centraal opgesteld in het ketelhuis, koelt het koude water dat de koudwaterpomp aanvoert. De warmte die bij dit proces vrijkomt, wordt opgeslagen in een buffertank of direct gebruikt in de lage temperatuur verwarmingsnetten.
‘De onafhankelijke aansturing van al die verschillende onderdelen maakt dat de installatie geschikt is voor het realiseren van recirculatie, ontvochtigen, koelen, warmteterugwinning, rendementsoptimalisatie én energie-oogst. Een nieuw ontwikkelde regeling bepaalt, aan de hand van de wensen van de kweker en omstandigheden buiten en binnen in de kas, de benodigde luchtstromen en gekoelde waterstromen.’

Forse energiebesparing

Volgens van Tilborgh zorgt dit systeem voor een warmtewinning die gelijk is aan een equivalent van 10 tot 15 m³ gas per m² per jaar. De kas waarin Hortivision dit systeem installeert is 70.000 m² groot. ‘In theorie vangt een moderne tuinbouwkas ruim 100 m³/m² aardgasequivalenten aan zonnewarmte per jaar. Wil je meer warmte afvangen, dan moeten we grotere LBK’s met grotere koelblokken en een grotere warmtepomp installeren. Voor een kweker is het altijd zoeken naar een balans tussen investeringskosten en opbrengsten. Met de nu gekozen configuratie creëren we een optimale balans tussen een goed binnenklimaat, energiebesparing en terugverdientijd.’
Van Tilborgh geeft aan dat deze keuzes ook passen bij het creëren van de juiste warmtebalans. De kweker heeft in het winterseizoen namelijk belichting nodig en de elektriciteit daarvoor wekt hij op via warmtekrachtkoppeling. Deze wkk levert ook warmte in een equivalent van 15 tot 20 m³/m² aardgas. Samen met de warmteoogst via de LBK’s voldoet dit aan de jaarlijkse warmtebehoefte van deze kweker, die ongeveer een aardgasequivalent van 30 m³/m² bedraagt. Om de ongelijktijdigheid tussen de warmteproductie door de wkk en de warmtepomp enerzijds en de warmtevraag van de kas anderzijds op te vangen, kan de kweker met een eenvoudige en relatief goedkope bovengrondse etmaalbuffer uit de voeten.
‘Natuurlijk, we zouden veel meer warmte kunnen afvangen, maar dan moet de kweker ook fors meer investeren in een seizoensopslag, zoals een wko. En hij moet de warmte kwijt kunnen aan buren; andere telers of andere gebouwen. Dat vergt weer commitment en langdurige contracten waarop veel telers niet zitten te wachten. Dergelijk constructies maken warmtewinning uit kassen extra ingewikkeld en kostbaar.’

Tekst: Rob van Mil
Fotografie: iStock/ErikdeGraaf, Mario Bentvelsen, Mladen Pikulic, Maurice Hartman

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief