Planten in lab, foto Shutterstock

Airconditioning

Telen in een klimaatcel of vertical farm geeft de mogelijkheid en uitdaging om het klimaat voor licht, temperatuur, luchtvochtigheid en CO₂ gehalte volledig te sturen naar wat optimaal is voor de groei van planten. De zon heeft geen invloed op het klimaat en de luchtuitwisseling het de omgeving en stuurbare invloed. De technische installatie die gebruikt wordt om het klimaat te sturen moet daarop zijn ontworpen.

De klimaatregeling van een vertical farm bestaat uit een installatie voor koelen van de lucht en voor verwarmen. Door de combinatie van eerst koelen en vervolgens weer verwarmen kan de lucht drogen. Voor te droge omstandigheden is een bevochtiger nodig. 

De CO₂ wordt gedoseerd uit een zuivere CO₂ bron. Er is weinig CO₂ nodig daarom kan zuiver CO₂ worden gebruikt en bestaat er geen risico op schade door verontreinigingen in gedoseerde lucht.

De conditionering van de lucht vindt plaats in een ruimtemengkamer of  luchtbehandelingskast, naast de teeltkamer. De lucht uit de teeltkamer wordt met een ventilator langs warmtewisselaars geleid. In de teeltkamer zijn er aanzuigpunten en inblaaspunten.

Voor het aanzuigen en inblazen van lucht  zijn verschillende systemen in gebruik. Er zijn vertical farms waarin de lucht van wand naar wand stroomt. In andere systemen wordt lucht per teeltlaag aangezogen in een ruimte boven de lampen en ingeblazen via het plafond. De maximaal toegestane luchtverplaatsing om geen schade aan een gewas te krijgen en toch de gewenste koeling, verwarming of droging te bereiken is bepalend voor de grootte die een teeltruimte kan hebben.

Het principe van de klimaatbeheersing in een vertical farm gebaseerd op gestuurde luchtcirculatie is duidelijk anders dan de klimaatbeheersing in kassen. In kassen hebben de zon en de buitencondities grote invloed. In kassen is de teeltruimte gelijk ook de mengkamer voor de conditionering van de lucht, waarbij verwarming en ventilatie de mate van menging beïvloeden. In een Vertical Farm is de ingebrachte lucht optimaal afgestemd op de gewenste condities en is de invloed van buitencondities klein.  

Het ontwerpen van een vertical farm met de gehele klimaat installatie is een apart vakgebied, dat in deze WIKI niet verder wordt uitgewerkt.

 

Temperatuur

De temperatuur waarbij planten optimaal groeien is per soort verschillend. Voor veel gewassen is de fotosynthese optimaal bij temperaturen tussen de 20 - 29°C. De ontwikkeling van een gewas gaat dan ook sneller. Bij een vertical farm zal de gewenste temperatuur voor ontwikkeling rond de 20°C zijn omdat de lichtsom die een plant per dag krijgt, beperkt is. (Zie relatie groei/ontwikkeling en temperatuur uit fysiologie). De beperkte lichtsom heeft te maken met de lichtintensiteit in de klimaat cel (zie lichtintensiteit).

Omdat in een vertical farm de temperatuur via de airconditioning wordt gestuurd is het mogelijk om bijzondere temperatuurverlopen over een etmaal in te stellen. Over de effecten daarvan op gewasontwikkeling is nog weinig bekend. Beter is het uit te gaan van de natuurlijke condities met een hogere temperatuur als het licht is en een lagere als het donker is.

Bij de overgang van licht naar donker moet er rekening mee worden gehouden dat een airconditioningsinstallatie de setpoints van de temperatuurinstelling zal realiseren. In een kas is dat minder strak mogelijk, maar is de realisatie een benadering van de gewenste condities. In een kas is er altijd sprake van een 'na-ijleffect'. In een Vertical Farm is dit niet het geval en kunnen overgangen in temperatuur snel zijn, terwijl dit voor een gewas niet gewenst hoeft te zijn. Hiermee moet je bij de instelling van een gewenst klimaat rekening houden.

Meer informatie

Luchtvochtigheid

Door drogen en bevochtigen is een ruime reeks in gewenste luchtvochtigheid te realiseren. Bij de teelt in een vertical farm is het beste om uit te gaan van een relatieve luchtvochtigheid van tussen de 85 en 90%. Dit is gunstig voor de groei, door open huidmondjes, en maakt de koeling efficiënt.

Een hogere relatieve luchtvochtigheid geeft kans op schimmelziekten.Bij enkele teeltmethodeen zoals stekken en enten kan het nodig zijn om wel bij een hogere RV te telen. Een lage RV zorgt er voor dat een gewas meer kan verdampen. De verdamping wordt daarnaast gestimuleerd door de luchtbeweging. Verdamping kost de plant energie, die weer aan de lucht wordt onttrokken. Het handhaven van een lage RV kan dan gaan betekenen dat er extra energie nodig is om de ruimte op temperatuur te houden en de plant onnodig verdampt.  

Luchtbeweging

Voor de klimaatregeling is er in een Vertical Farm  luchtbeweging nodig. De luchtbeweging moet homogeen zijn in de ruimte zodat geen droge of vochtige plekken ontstaan. Planten kunnen van nature een zekere mate van luchtbeweging verdragen, maar het kan wel de morfologie van planten beïnvloeden.

Uniformiteit

In een Vertical Farm wil je een uniform product telen. Daarvoor moet het klimaat ook uniform zijn. Als er verschillen in temperatuur, vocht of licht voorkomen zal de groei en ontwikkeling van planten op lokaal gaan verschillen. De hele inrichting van de teeltruimte moet daarom zo zijn dat er een uniform klimaat gerealiseerd kan worden. Om dit te controleren is het nodig om de lichtverdeling goed te meten. Dit kan eemalig na de bouw en daarna met een vaste regelmaat – bijvoorbeeld eens per 3 maanden – worden gecontroleerd. Als de instellingen en installatie van belichting wordt aangepast, moet dit eveneens worden gecontroleerd. Controle is noodzakelijk omdat dat de werkelijkheid kan afwijken van vooraf gemaakte berekeningen.

Voor de temperatuurverdeling en luchtvochtigheid zijn meerdere sensoren per ruimte nodig om de uniformiteit te bewaken. Dit moet met continue meting worden gedaan. Bij ongewenste verschillen zal de installatie moeten worden aangepast om de gewenste uniformiteit te bereiken,. De CO₂-verdeling in de ruimte is afhankelijk van de plaats waar de CO₂ wordt toegevoegd aan de lucht en de menging door luchtbeweging. In de regel zal CO₂ goed verdeeld over de teeltruimte zijn.

De temperatuur gelijkheid in een teeltcel wordt beïnvloed door de plaats van de lampen en de wijze waarop de warmte die bij de lampen vrijkomt – 50% van het elektrische vermogen – wordt afgevoerd.

Sensoren

Voor controle op temperatuur, luchtvochtigheid en CO₂ zijn goede sensoren een voorwaarde. Standaard worden hiervoor geventileerde meetboxen gebruikt. Deze zijn echter vrij groot van omvang. Omdat de zon geen invloed heeft op de sensoren kan met kleinere, maar wel geventileerde meetboxen worden gewerkt. De sensoren daarin moeten geschikt zijn voor de agrarische toepassing.

Voor lichtkwaliteit is een golflengte gevoelige sensor nodig, dan kan bepaald worden hoe de samenstelling van het licht is. Als gewerkt wordt met LEDs met een vast spectrum is controle na installatie voldoende. Voor de intensiteit kan dan met een PAR meter worden gewerkt. Bij lichtsystemen waarbij de golflengte samenstelling kan worden aangepast is na elke aanpassing controle van het lichtspectrum nodig.

Voor bodem condities, watergift, Ec en pH zijn in de tuinbouw meerdere type sensoren aanwezig. Die kunnen zonder grote aanpassen worden toegepast in Vertical Farm-faciliteiten.

Meer informatie

Klimaatsturing

Bij de verschillende delen van klimatiseren is aangeven dat er veel gelijk is aan het regelen van kasklimaat. Belangrijkste verschil is de directheid van het realiseren van de ingestelde waarden voor een klimaat parameter licht,  T, RV en CO₂. Een tweede verschil is dat er een sterke samenhang is tussen het te realiseren klimaat in de teelt en de technische installatie die hiervoor wordt gebruikt. Luchtsnelheid, lucht- en watertemperaturen in de installatie moeten goed zijn afgestemd. Deze regeling is onderdeel van het totale systeem van de Vertical Farm. De regeling van de installatie is een technische opdracht waarover in  de teelt geen zorgen moeten zijn.

In deze wiki wordt dit niet verder behandeld.     

Meer informatie

Lesmaterialen

 

High Tech Horticulture