De Chinese zonnekas: een alternatief voor de glastuinbouw?

De glastuinbouw is een grootverbruiker van fossiele brandstoffen in België en (vooral) Nederland. Maar groenten kweken tijdens de winter kan met veel minder energie. In China wordt op zeer grote schaal gebruik gemaakt van een ander soort tuinbouwkas, waarmee het mogelijk is om zelfs bij vriestemperaturen groenten te kweken met alleen maar zonne-energie.

De Chinese zonnekas heeft daar geen gesofistikeerde technologie voor nodig. Ze past eenvoudigweg het principe van de passiefwoning toe op de groentenkweek. Terwijl onze volledig glazen tuinbouwkassen enorm veel warmte verliezen, doet de zonnekas er alles aan om de zonnewarmte vast te houden. Ze heeft slechts één transparante wand, drie dikke muren, en een isolerend deken dat 's nachts over het gebouw wordt uitgerold.

Het ontwerp zou ook bij ons veel energie kunnen besparen, al neemt de duurzame tuinbouwkas twee tot drie keer zoveel plaats in voor een gelijkblijvende voedselproductie.

Een Chinese zonnekas. Foto: Chris Buhler, Indoor Garden HQ.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

De Nederlandse glastuinbouw is een belangrijke economische sector maar ook een slokop van fossiele brandstoffen. In 2013 werd in de circa 10.500 hectare tuinbouwkassen 120 petajoule (PJ) aardgas verstookt, wat overeenkomt met het brandstofverbruik van de helft van alle Nederlandse personenwagens (260 PJ). [1][2]

De glastuinbouw neemt daarmee het grootste deel van het energieverbruik in de Nederlandse landbouw voor zijn rekening -- bijvoorbeeld alle traktoren en andere mobiele werktuigen verbruiken slechts 10 PJ.

Vlaanderen telde bijna 2.000 hectare glastuinbouw in 2013, waarvoor het energieverbruik ongeveer 18 petajoule bedraagt -- bijna de helft van de totale energieconsumptie van de landbouw. Ook in Vlaanderen is aardgas de belangrijkste brandstof. [3][4]

De hoogtechnologische aanpak

Gezien het economische belang van de glastuinbouw wordt al enige tijd naar oplossingen voor dat hoge energieverbruik gezocht. Zo heeft de Nederlandse glastuinbouw in 2008 met de overheid doelstellingen voor 2020 afgesproken: 3,3 Mton CO2 besparen in vergelijking met 1990, de energie-efficiëntie met gemiddeld 2% per jaar doen stijgen, en het aandeel duurzame energie opkrikken tot 20%. Het transitieprogramma "Kas als Energiebron" stelt als bijkomende ambitie dat in 2020 alle nieuw te bouwen tuinbouwkassen klimaatneutraal moeten zijn. [5]

Voor het bereiken van deze doelstellingen wordt voornamelijk gerekend op aardwarmte, warmtepompen, het gebruik van restwarmte afkomstig van andere bedrijven, en tot slot warmtekrachtkoppeling (WKK) in de tuinbouwkassen zelf. Maar het is nu al duidelijk dat deze doelstellingen niet zullen worden gehaald. Alleen het gebruik van WKK in tuinbouwkassen kan succesvol worden genoemd. Bij een WKK wordt er elektriciteit opgewekt in de kas en wordt de restwarmte van dat proces gebruikt om de kas te verwarmen.

Typische Nederlandse tuinbouwkassen. Foto: Wikipedia Commons.

Strikt genomen vermindert een WKK het energieverbruik voor het verwarmen van de kas niet. Maar de opgewekte elektriciteit kan op het bedrijf zelf worden gebruikt of als groene stroom aan het net worden verkocht. Deze stroom kan elektriciteit vervangen waarvan de restwarmte niet nuttig werd gebruikt, en dus is er wel degelijk sprake van winst op grotere schaal. Door de sterke groei van WKK in de periode 2005-2008 kon het energieverbruik per m2 tuinbouwkas met 40% worden gereduceerd in vergelijking met 1990. [5] De glastuinbouwsector in Nederland produceert zo'n 10 procent van de nationale elektriciteitsconsumptie. [6]

Helaas zijn verdere besparingen door WKK niet te verwachten, aangezien de technologie in vrijwel alle tuinbouwkassen is geïnstalleerd. Bovendien gaat het energieverbruik per m2 tuinbouwkas sinds 2008 opnieuw in stijgende lijn. Die toename wordt veroorzaakt door een toenemend gebruik van de in tuinbouwkassen opgewekte elektriciteit voor onder meer extra groeiverlichting, waardoor de productie van de gewassen verder kan worden verhoogd. Het gebruik van elektriciteit in de glastuinbouw steeg van 4,2 miljard kWh in 2005 naar 6,2 miljard kWh in 2011, waarvan 82% wordt gebruikt voor belichting. [6]

Warmtepompen

De elektriciteit van een WKK kan ook worden aangewend voor het aandrijven van een warmtepomp, waardoor het energieverbruik omlaag kan. Tijdens de winter is er onvoldoende zon om een tuinbouwkas op te warmen, terwijl er tijdens de zomer meestal te veel zon is en overtollige warmte uit de kas moet worden afgevoerd. Dankzij het gebruik van een warmtepomp kan de zomerwarmte 's winters worden benut. 

Daartoe wordt warmte opgeslagen in ondergrondse waterlagen en 's winters weer opgepompt om de kas mee te helpen verwarmen. Een tuinbouwkas met warmtepomp -- die dus in feite het aandeel benutte zonne-energie verhoogt -- kan het energieverbruik terugdringen van 27,5 m3 aardgasequivalenten per m2 kas (gemiddeld verbruik in 2013) tot ongeveer 22 m3. [7]

Jonge tomaten in een Nederlandse tuinbouwkas. Foto: Wikipedia Commons.

De warmtepomp blijft echter een zeldzaamheid in de tuinbouwsector, en dat geldt ook voor het gebruik van duurzame warmte. Het aandeel duurzame energie -- zoals aardwarmte -- bedroeg 2,9% in 2013, ver beneden het streefdoel van 20% in 2020. Aardwarmte en warmtepompen zijn duur, wat een te lange terugverdientijd als gevolg heeft. Bovendien is aardwarmte evenmin een mirakeloplossing: een optimaal gebruik ervan zou slechts 10 tot 20% van het energieverbruik in de sector kunnen verduurzamen. [8]

Het gebruik van restwarmte afkomstig van andere bedrijven (zoals een afvalverbrandingscentrale) vraagt dan weer een complexe organisatie omdat de afstand niet te groot mag zijn en de productie en afname van warmte ten alle tijde moet worden verzekerd. [5] Een bijkomend obstakel voor het gebruik van aardwarmte en warmtepompen is de CO2-productie. Extra dosering van CO2 als meststof voor de planten is al decennialang gemeengoed. [5] Die CO2 komt nu uit de gasgestookte ketel of de WKK, maar daar moet bij de toepassing van aardwarmte of warmtepompen een alternatief voor gevonden worden. [8].

De Chinese zonnekas

De hoogtechnologische aanpak van de Nederlanders (en de Vlamingen, die grotendeels dezelfde weg volgen) ziet één onderdeel van het systeem over het hoofd: de tuinbouwkas zelf, die volledig uit glas is gemaakt. Het verwarmen van een volledig uit glas opgetrokken gebouw vreet energie, omdat glas een zeer beperkte isolatiewaarde heeft.

In een tuinbouwkas is het vele glas voordelig voor de warmteproductie als de zon schijnt -- tenminste in de winter -- maar na zonsondergang of bij een bewolkte hemel gaat er veel warmte verloren. Zonder verwarming is het binnen in de kas al snel even koud als buiten. Overdag en 's zomers kan het vele glas dan weer snel tot overhitting leiden.

De Chinese tuinbouwkas. Foto: HortTechnology.

Het loont daarom de moeite om eens naar China te kijken. Chinese tuinbouwkassen worden het hele jaar door verwarmd met alleen maar zonne-energie, zelfs als de buitentemperatuur ver beneden het vriespunt zakt. Hoe kan dat? Omdat de Chinezen een andere tuinbouwkas gebruiken. In tegenstelling tot de volledig glazen kas heeft de Chinese variant drie dikke muren van baksteen of klei. Alleen de zuidkant van het gebouw bestaat uit een transparante laag (meestal plasticfolie) waar de zon doorheen kan schijnen.

Overdag slaat de zonnekas de warmte van de zon op in de thermische massa van de muren, van waaruit ze 's nachts weer vrijkomt en de ruimte warm houdt. Bij zonsondergang wordt een isolerend deken van stro- of grasmattenover de doorzichtige plasticfolie uitgerold, waardoor de isolatiewaarde van het gebouw verder toeneemt. Tot slot blokkeren de muren de koude, noordelijke winden, die anders het warmteverlies van de kas zouden versnellen. 

Een Chinese zonnekas. Bron: Energy Farms.

De binnentemperatuur in de Chinese zonnekas kan tot 25 graden hoger zijn dan de buitentemperatuur. Zo kunnen in het noordelijke deel van China de hele winter door met alleen maar zonne-energie groenten worden gekweekt die bestand zijn tegen temperaturen tussen de nul en tien graden, zoals selderij, koolzaad, kool of uien. In iets zuidelijker provincies (beneden een breedtegraad van 40 graden) kunnen gewassen worden gekweekt die minstens 10 graden vereisen, zoals tomaten, komkommers, aubergines en paprika's, zonder dat er met fossiele brandstoffen moet worden bijverwarmd. [9]

Nochtans is de zonnekas een eenvoudig ontwerp, vergelijkbaar met een passiefhuis: de invallende zonnewarmte wordt zo goed mogelijk benut terwijl het warmteverlies zo veel mogelijk wordt beperkt. Voor de Chinese aanpak is geen gesofistikeerde technologie nodig, er kunnen eenvoudige materialen worden gebruikt. Zowel de investeringskosten als de operationele kosten zijn laag. 

800.000 hectare zonnekassen

De lage kosten en een stimuleringsbeleid van de Chinese overheid hebben de zonnekas tot een hoeksteen gemaakt van de voedselproductie in het midden en het noorden van China. In 2010 bedroeg het totale areaal meer dan 800.000 hectare -- dat is tachtig keer de oppervlakte van de glastuinbouw in Nederland. In China is de zonnekas goed voor één vijfde van de totale oppervlakte aan tuinbouwkassen. Het areaal van zonnekassen in China blijft bovendien uitbreiden: tegen 2020 zou het minstens 1,5 miljoen hectare bedragen. [10]

Komkommers in een Chinese zonnekas. Bron: Energy Farms.

Aardbeien in een Chinese zonnekas. Foto: Wikipedia Commons.

De technologie is wijd verspreid in de noordelijke provincies en in de regio rond Peking. De zonnekassen leveren 90% van de verse groenten in het noorden, maar er is ook een deel van de productie bedoeld voor de export. [9] Meer dan 90% van de kassen wordt gebruikt voor de kweek van groenten en fruit -- inclusief tomaten, komkommers, papaya's, perzikken en druiven -- de rest zijn bloemen en fruitbomen. [8] De Chinese zonnekassen kunnen tegen elkaar aan worden gebouwd, net zoals de glazen kassen in Nederland en Vlaanderen. 

Evolutie van de technologie

De eerste Chinese zonnekas werd gebouwd in 1978. Dankzij de komst van transparante plasticfolie brak de technologie vervolgens tijdens de jaren 1980 op grote schaal door. Niet alleen is folie goedkoper dan glas, ze is ook lichter en heeft dus niet zo'n sterke draagstructuur nodig, wat de bouw van de kas een goedkoper maakt. Sindsdien is het ontwerp van de zonnekas steeds verder verbeterd. Zo werden de kassen dieper en hoger, waardoor de zonnewarmte beter wordt verdeeld de temperatuurschommelingen kleiner worden.

Daarbij wordt er steeds vaker geopteerd voor moderne isolatiematerialen in plaats van aangestampte aarde of luchtspouwen voor de isolatie van de muren, wat plaats bespaart en/of de warmteopslag verbetert. Er wordt ook steeds meer gebruik gemaakt van synthetische isolatiedekens, die beter bestand zijn tegen vocht. De typische stromatten worden zwaarder en verliezen een groot deel van hun isolatiewaarde als ze nat worden.

In sommige recente zonnekassen worden de isolatiedekens automatisch op- en afgerold, zijn gesofistikeerde ventilatiesystemen in gebruik, of wordt er gekozen voor een dubbel dak of een reflecterende isolatielaag om de warmte nog beter vast te houden. Er is ook heel wat vooruitgang geboekt op het vlak van folies, zonder meer de minst duurzame component van het systeem.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

• A: het originele ontwerp uit de jaren 1980, dat het kweekseizoen verlengt maar tijdens de koudste maanden moet worden bijverwarmd.
• B: een verbeterd ontwerp uit de tweede helft van de jaren 1980, waarmee het isolerende deken en het gebruik van plastic folie werden geïntroduceerd. Sommige van deze kassen hebben een met isolatiemateriaal gevulde spouwmuur. Dit type komt momenteel het meest voor.
• C: het nieuwe model ontworpen in 1995 werd nog groter maar heeft dunnere muren voorzien van moderne isolatiematerialen. De bediening van ventilatieopeningen en isolatiedeken verloopt automatisch, de kas beschikt over extra mogelijkheden om de klimaatomstandigheden te manipuleren, en de draagstructuur is van metaal.
• D: het recentste ontwerp van de Chinese zonnekas uit 2007. Dit ontwerp is identiek aan het vorige, maar beschikt over een dubbel dak, waardoor de isolatiewaarde verder toeneemt. [11]

• Noot: Het ontwerp van een zonnekas moet telkens worden aangepast aan de precieze locatie, omdat de hellingshoek van de zon verandert alnaargelang de breedtegraad. Bij een hogere breedtegraad is een smallere en lagere structuur vereist.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Wat kan de Chinese zonnekas?

De prestaties van de Chinese zonnekas hangen uiteraard sterk af van het type kas en van de precieze locatie. Een recente studie onderzocht drie types zonnekassen in Shenyang, de hoofdstad van de Liaoning provincie. De stad ligt op 41,8 noorderbreedte en is één van de meest noordelijke regio's waar de Chinese zonnekas wordt gebruikt. De gemiddelde temperatuur in de koudste maand van het jaar bedraagt tussen de - 15 en - 18 graden. Het onderzoek liep van begin november tot eind maart, de periode dat de buitentemperatuur onder het vriespunt zakt. [10]

In deze ongebruikte zonnekas zijn luchtspouwen te zien. Foto: Chris Buhler, Indoor Garden HQ.

De drie bestudeerde kassen hebben allemaal dezelfde vorm en afmetingen (60 x 12,6 x 5,5 meter), maar de muren, de plasticfolie en de transparante laag verschillen. De eenvoudigste constructie heeft muren van aangestampte aarde en een binnenlaag van baksteen om de structurele stabiliteit te verhogen. De afdekking is een dunne plastic film die 's nachts wordt afgedekt met een strodeken.

De twee andere zonnekassen hebben een noordelijke muur van bakstenen en geëxtrudeerd polystyreenschuim als isolatiemateriaal, waardoor de dikte van de muur gehalveerd kan worden, en ze worden afgedekt met een dikkere PVC plastic folie. Voor de beste zonnekas wordt ook nog eens een reflecterende coating aan het isolatiedeken toegevoegd, waardoor het warmteverlies tijdens de nacht verder wordt beperkt.

Deze zonnekas beschikt over een automatisch systeem voor het op- en uitrollen van het isolerende deken. Foto: Chris Buhler, Indoor Garden HQ.

In de eenvoudigste zonnekas duiken de temperaturen onder het vriespunt van begin december tot half januari. Zonder bijverwarming kan er met deze kas op deze breedtegraad dus niets gekweekt worden. Alleen de meest gesofistikeerde zonnekas -- met reflecterende isolatielaag -- slaagde erin om de binnentemperatuur ten alle tijde boven het vriespunt te houden, met alleen maar zonne-energie. Sterker nog, de temperatuur bleef het grootste deel van de tijd boven de 10 graden, de minimumtemperatuur voor de kweek van meer Zuiderse groenten. Er moet in dat geval slechts een tweetal maanden af en toe worden bijgestookt.

Uiteraard scoren alle kassen beter naarmate ze meer zuidelijker worden geplaatst. Hoewel een deel van de Chinese zonnekassen soms wordt bijverwarmd (afhankelijk van de locatie maar ook van het type gewassen), is de besparing op fossiele brandstoffen erg groot. De zonnekas bespaart in China een hoeveelheid steenkool die overeenkomt met een vijfde van het totale steenkoolverbruik in het land. [10]

Werkt de zonnekas ook bij ons?

Onderzoekers die over de Chinese zonnekas rapporteren, spreken vaak de hoop uit dat de technologie ook elders ingang vindt. De zonnekas werd al geïntroduceerd in Rusland, Korea en Japan. Maar hoe zit het met Nederland en België? Werkt de zonnekas ook hier? In China zelf is daar geen antwoord op te vinden. Alle Chinese zonnekassen bevinden zich tussen de 32 en 43 graden noorderbreedte. België zit op 50,4 noorderbreedte, Nederland op 52,5 graden noorderbreedte. Hoe noordelijker op het noordelijk halfrond, hoe kleiner het aanbod van zonne-energie.

Isolatiedeken van een zonnekas. Bron: Energy Farms.

In 2005 werd een experiment uitgevoerd met een Chinese zonnekas op een breedtegraad van 50 graden in Manitoba (Canada), net iets zuidelijker dan Brussel. [10] Een zonnekas van 30 x 7 meter met een goed geïsoleerde noordelijke muur (3,6 RSI glaswol) en een isolatiedeken (1,2 RSI katoen) werd bestudeerd van januari tot april. Tijdens de koudste maand (februari) schommelde de buitentemperatuur tussen + 4,5 en - 29 graden. De binnentemperatuur varieerde van + 28,5 tot - 5 graden.

Tijdens de maand februari zat de temperatuur 18% van de tijd onder het nulpunt, en 81% van de tijd onder de tien graden. Hoewel de binnentemperatuur gemiddeld 18 graden hoger was dan buiten, bleek het dus onmogelijk om zonder bijverwarming de hele winter door gewassen te kweken. [12] Niettemin kan er wel een enorme energiebesparing worden gerealiseerd in vergelijking met een glazen tuinbouwkas.

Om de temperatuur ten allen tijde boven de 10 graden te houden, moet het verwarmingssysteem in de Canadese kas maximaal 17 W/m2 energie leveren, of 3,6 kW voor het gebouw. [12] Ter vergelijking: voor een glazen tuinbouwkas van dezelfde afmetingen bij dezelfde binnen- en buitentemperatuur wordt een maximale capaciteit van 125 tot 155 kW berekend. [13]

Een zonnekas in Canada. Foto: Groundswell network.

Helaas kunnen deze resultaten niet zomaar worden toegepast op België en Nederland. We zitten dan wel min of meer op dezelfde breedtegraad als Manitoba, we hebben minder zon. De gemiddelde zonnestraling in januari is 0,74 kWh/m2/dag in Brussel en 0,61 kWh/m2 in Amsterdam, tegenover 1,11 kWh/m2/dag in Winnipeg, Manitoba. (Ter vergelijking: in Madrid is het 1,93 kWh/m2/dag). [14] Het onderzoek in Canada laat zien dat de zonnestraling een grotere invloed heeft op de binnentemperatuur van de kas dan de buitentemperatuur. De correlatie tussen binnentemperatuur en zonnestraling is bijna vier keer groter dan die tussen binnentemperatuur en buitentemperatuur. In Nederland of België zal eenzelfde type zonnekas dus slechter scoren dan in Canada. [12]

Minder zon is echter geen argument tegen de zonnekas. Zelfs als de zon nooit zou schijnen, dan nog blijft het ontwerp van de zonnekas interessant. Een goed geïsoleerde tuinbouwkas doet namelijk ook de efficiëntie van de klassieke verwarming met met grote sprongen toenemen. Bovendien biedt een hybride systeem -- deels op zonne-energie, deels op bijverwarming -- een belangrijk voordeel. Een nadeel van de zonnekas is dat de luchtvochtigheid in bepaalde periodes kan oplopen tot 90% en meer, wat de planten vatbaar maakt voor ziekten. Af en toe bijverwarmen en ventileren kan dat probleem oplossen.

Opbrengst van de zonnekas

De passieve zonnekas kan veel energie besparen, ook in onze streken. Maar daar moet wel een prijs voor worden betaald: per vierkante meter oppervlak ligt de opbrengst van de Chinese zonnekas twee tot drie keer lager dan die van de glazen tuinbouwkas. In de betere Chinese zonnekassen worden gemiddeld 30 kg tomaten en 30 kg komkommers per vierkante meter gekweekt (cijfers voor 2005), terwijl de gemiddelde jaaropbrengst in de Nederlandse tuinbouwkas gemideld 60 kg tomaten en 100 kg komkommers bedraagt (cijfers voor 2003). [2] [11] De passieve tuinbouw zou dus twee tot drie keer zoveel plaats innemen als de huidige glastuinbouw, bij gelijkblijvende voedselproductie.

Net als bij het gebruik van aardwarmte of andere duurzame warmtebronnen moet er ook voor de zonnekas een nieuwe bron van CO2 gevonden worden, zoniet gaat de productiviteit achteruit. Daar hebben ze in China ook iets op gevonden: combinatiekweek van groenten en dieren. Varkens, kippen of vissen produceren CO2 die door de planten kan worden opgenomen, terwijl de planten zuurstof produceren waarvan de dieren profiteren. De dieren en hun mest leveren ook nog eens een warmtebijdrage aan de kas.

Foto: Chris Buhler, Indoor Garden HQ.

Onderzoek van geïntegreerde systemen in zonnekassen heeft laten zien dat zowel de productie van groenten als de productie van vlees, melk of eieren opvallend toeneemt als beide worden gecombineerd. [15] Gezien de hoge vleesproductie in Vlaanderen en Nederland -- er zijn meer varkens dan mensen -- is ook dat weer een zeer inspirerend idee. We zouden twee problemen (veeteelt en glastuinbouw) kunnen samensmelten tot één oplossing (passieve vee- en tuinbouw op basis van isolatie en zonne-energie). Onderzoekers noemen het beheer van het systeem echter "te complex" om in de "ontwikkelde" landen een kans te maken, al spreken ze de hoop uit dat het ooit wel zover komt.

Zakenmodel

De passieve zonnekas past niet in het zakenmodel van de glastuinbouwsector in onze streken, waar de voortdurende innovatie van kassen, teeltsystemen en andere technologie vooral gericht is op verdere optimalisatie van de teeltomstandigheden: een verschuiving naar meer warmteminnende gewassen, intensievere conditionering van het kasklimaat, toenemende productie in de winterperiode en meer gebruik van groeilicht en CO2-dosering. De productie per vierkante meter van de Nederlandse tuinbouw steeg van 1990 tot 2013 met 40% of gemiddeld 1,5% per jaar. [5]

Er is een continu proces van intensivering gaande, dat haaks staat op het concept van de zonnekas. De Chinese kas ontstond in een context van schaarste en is grotendeels gericht op voedselzekerheid voor de lokale bevolking. De Vlaamse en Nederlandse tuinbouwkas zijn een product van een energie-intensieve aanpak, gericht op kwaliteitsproducten en export. Beschouwen we de tuinbouwsector als een regionale leverancier van groenten en fruit, en niet als een internationale bedrijfstak die het BNP spekt, dan is de passieve zonnekas een veel zinniger constructie dan de glazen tuinbouwkas, ook in België en Nederland.

Kris De Decker

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bronnen:

[1] Energieverbruik in de land- en tuinbouw, 1990-2013. Compendium voor de Leefomgeving. 

[2] The solar greenhouse: state of the art in energy saving and sustainable energy supply. G. Bot et al., 2005

[3] Situatieschets van de glastuinbouw in Vlaanderen, Marleen Mertens, Departement Landbouw & Visserij.

[4] Naar een duurzamere glastuinbouw in Vlaanderen. Koenraad Holmstock

[5] Energiemonitor van de Nederlandse glastuinbouw 2013. LEI Wageningen UR, 2014

[6] Rapport: Tuinbouw gebruikt steeds meer elektriciteit, Energiek2020, 2013

[7] Benutting van zonne-energie in de tuinbouw -- een strategische verkenning. Wageningen UR, 2011

[8] Versnellingsplan aardwarmte glastuinbouw 2014-2017.

[9] Research on the temperature environment of solar greenhouse. In "Integrated energy systems in China -- the cold Northeastern region experience", Lu Nan, Gustavo Best, Carlos Coelho de Carvalho Neto, FAO, Rome, 1994

[10] Energy performance optimization of typical chinese solar greenhouses by means of dynamic simulation. International conference of agricultural engineering, 2014, Zurich.

[11] Structure, function, application, and ecological benefit of a single-slope, energy-efficient solar greenhouse in China. HortTechnology, June 2010

[12] Winter performance of a solar energy greenhouse in southern Manitoba. Canadian Biosystems Engineering. 2006.

[13] Capaciteitsberekening voor heaters, Gobbens Techniek.

[14] Insolation levels Europe + http://www.gaisma.com/en/location/winnipeg.html

[15] Integrated energy self-served animal and plant complementary ecosystem in China, FAO

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

De fruitmuur: stadslandbouw in de 17de eeuw

Koop lokale, seizoensgebonden producten: zo luidt het advies voor een duurzaam dieet. Toch is het mogelijk om met alleen maar zonne-energie zuiders fruit in noordelijke steden te produceren. Dat gebeurde op grote schaal in een aantal Franse, Engelse, Belgische en Nederlandse regio's van de zeventiende eeuw tot aan het eind van de negentiende eeuw.

De fruitmuur, waaruit de glastuinbouw zich ontwikkelde, maximaliseert de opname van zonne-energie en minimaliseert de invloed van wind. Daardoor ontstaat een microklimaat waar het tot meer dan 10 graden warmer kan zijn als erbuiten. Bij een vleesarm dieet -- een belangrijke voorwaarde voor een minder destructieve landbouw -- past gelukkig een rijke diversiteit aan groenten en fruit. Lees meer: De fruitmuur: stadslandbouw in de 17de eeuw.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Verwante artikels:

• Koken zonder vuur: het isolatiefornuis
• Van Passiefhuis naar Passiefstad
• Een tractor met pedalen
• Een varkenslap met een naam: zet anoniem vlees aan tot overconsumptie?
• De landbouwmachines van de toekomst?
• De verticale boerderij: rechtlijnig ingenieursdenken
• Haal de paarden van stal
• DIY: Maak een zonnedroger voor de tuin of het balkon
• Stralingsverwarming: het boek

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Comments

[Geplaatst door: Henk Heesterbeek]

(1)

De chinese zonnekas komt overeen met de dieptekas van Pieter Boxman uit de jaren 60 van de vorige eeuw.
Het is een goed idee voor stadstuinen en gemeenschapstuinen om zonder bijstook toch het groeizijzoen te verlengen.

[Geplaatst door: Gerard]

(2)

Deze Chinese kassen lijken bijzonder veel op de druivenkassen die vroeger in het Westland waren te vinden. Veelal waren die weliswaar voorzien van twee rechte schuine zijden (hoek van c. 35gr), maar er waren er ook die tegen de zeer veel voorkomende gemetselde muren waren aangebouwd, en welke als zonnecollectoren werkten!. De druiven werden omhoog, langs het glas geleid en profiteerden optimaal van de zon. En waar waren deze kassen mee voorzien? Juist, rietmatten, om 's nachts het glas af te dekken. 's Zomers werden de ramen met kalk bestreken als het zonlicht te fel was. Dit gold ook voor het z.g. "platglas." Zelfde idee, maar dan laag en ongestookt om vroeg in het jaar te kunnen zaaien: sla, andijvie, voortrekken van peulvruchten etc. om later te verspenen en/of in de volle grond te kunnen planten. De druivenproductie in het Westland was in het verleden niet alleen kwalitatief bijzonder goed - Frankenthalers waren wereldberoemd - maar ook kwantitatief. Voor WO11 konden bezoekers geregeld overal gratis druiven eten, zo groot was de productie. Dus de Chinese kassen in de vorm van "Romneyhutten" kennen wel degelijk hun Nederlandse voorgangers in zowel koude als gestookte toepassing.

[Geplaatst door: Willy Lievens]

(3)

Prachtige zonnetechnologie! Sommige zonnekassen van de Engelse Lords waren ook gebouwd volgens een gelijkaardig concept. We hebben er een paar bezocht. Ze verzorgden beter hun exclusieve fruitkassen, weliswaar om hun genodigden te imponeren, dan the lady inside the castle. Ik zoek nog even een foto op die ik genomen heb tijdens een van onze zwerftochten doorheen Engeland.

[Geplaatst door: Tom Vissers]

(4)

Graag wil ik melden dat dit verhaal klopt. De bewijzen zijn te vinden bij Folkecenter in Denemarken. Zie hiervoor de link http://www.folkecenter.net/gb/

[Geplaatst door: Stefan Dingenouts]

(5)

Wat nog niet wordt meegenomen in dit artikel is dat in de zomer het juist te warm kan worden in kassen en dat je deze warmte op kunt slaan in de grond.

Zie een voorbeeld van eenzelfde ontwerp, maar met warmteopslag, in Canada op:
http://www.geofflawton.com/fe/76555-heating-your-glasshouse

[Geplaatst door: Dominique]

(6)

Mike Oehler heeft hieromtrent ook een goed boek geschreven. "The earth sheltered solar greenhouse book".

[Geplaatst door: Piet Wagenaar]

(7)

De platte bak met een stuk oude vloerbedekking erover ('s-nachts in de winter) werkt op kleine schaal heel aardig in NL. De dieptekas zoals eerder genoemd is een verbeterde versie van de platte bak.

[Geplaatst door: L.Kostelijk]

(8)

Om een optimale groei te krijgen in de winter is er veel licht nodig en dat ontbreekt in de winter in Nederland . De kassen worden niet voor niets gewassen in het najaar

[Geplaatst door: Rolf Grooten]

(9)

Dank je Kris,
opnieuw knap speurwerk met opmerkelijke suggesties.
Naast de warmte-opslag die in de reacties genoemd wordt, ben ik eigenlijk benieuwd naar een analyse van de Puit Canadien, ofwel de Canadese put. Deze wordt in Belgie en Frankrijk wel eens toegepast, maar blijft onder de radar, zo is mijn beeld. En toch zie ik er wel brood in, zeker in combinatie met de Chinese kas. Wie weet, kom je daar binnekort ook aan toe.
Rolf Grooten

[Geplaatst door: roland]

(10)

"Alleen het gebruik van WKK in tuinbouwkassen kan succesvol worden genoemd" - "verdere besparingen door WKK zijn niet te verwachten"

- Zolang de stroomprijs laag is in verhouding tot de gasprijs worden veel WKK's onvoldoende benut. WKK is vooral aantrekkelijk als zowel de stroom als de warmte benut worden. Wordt WKK alleen voor stroom benut dan is het verlies groter dan bij stroomproductie in een grote centrale.
Mede door de te lage energieprijs stagneert de energie-efficiëntie in 2008-2013 met een sterke toename van het stroomverbruik samenvallend met de WKK groei. Meer stroomproductie valt samen met meer verbruik. Het huidige WKK gebruik in de tuinbouw kun je moeilijk zien als (milieu)winst.

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(11)

Dank voor al die tips. Ik had aanwijzingen dat de kas ook bij ons was gebruikt, maar nu is het duidelijk. Het opmerkelijke aan China is natuurlijk dat de technologie daar zo belangrijk is geworden.

@ Dominique:

"The earth sheltered solar greenhouse book" van Mike Oehler gaat over een andere techniek, die natuurlijk wel verwant is. De isolatie van een ondergrondse kas is superieur, maar je hebt meer schaduwen dan bij een bovengrondse zonnekas. Ondergrondse tuinbouwkassen hebben ook het nadeel dat ze onder water kunnen lopen.

Het ontwerp wordt daarom weinig toegepast in China. Maar in Bolivië zijn er wel een paar honderd gebouwd: http://www.ceresgs.com/#!The-Walipini-LowDown/cf3k/7AB15301-5B6D-4803-AC90-C062F9FAF1AB

[Geplaatst door: Mike]

(12)

De eerste vraag die bij me op kwam en ook al in het artikel naar boven komt: Bestaan er ook tuinbouwkassen met dubbelglas?

Het antwoord lijkt te zijn, wordt aan gewerkt: http://www.energiek2020.nu/alle-berichten-energiek2020/detail/het-nieuwe-telen-03-vindt-plaats-onder-dubbel-glas/

Het hier beschreven systeem is inderdaad een prachtig systeem maar drie maal het ruimtegebruik zie ik wel als een groot nadeel.

[Geplaatst door: johan]

(13)

Je kan ook verwarmen en co2 toevoegen met een composthoop in de serre

[Geplaatst door: roland]

(14)

@Mike, "tuinbouwkassen met dubbelglas ... wordt aan gewerkt"
- met dubbelglas blijkt een halvering van het energieverbruik mogelijk, edoch met de huidige lage energieprijs voor grootverbruikers en gebrekkig overheidsbeleid voor energiebesparing is het niet vreemd energievermindering in kassen al jaren stagneert, ondanks alle besparingsmogelijkheden.
Op naar een hoger grootverbruikerstarief en overheids besparingsbeleid.

[Geplaatst door: Mike]

(15)

@roland:

> Op naar een hoger grootverbruikerstarief en overheids besparingsbeleid.

Helemaal mee eens, het is toch belachelijk dat ik als consument (in NL) €0,1185/kWh energiebelasting betaal terwijl dat een tiende is als je meer dan 50 MWh/jaar gebruikt zelfs €0,0005/kWh als je meer dan 10 GWh/jaar gebruikt. Voor de energie zelf geldt ook zoiets maar die prijs is (voor consumenten) lager.

Tot en met 2014 kregen we een vaste belastingvermindering per jaar zodanig dat voor mij de totale kosten gehalveerd werden maar die is verdwijnen in 2015.

Ik snap (maar ben het er niet mee eens) dat mensen energie-intensieve industrie willen beschermen maar laat ze dat dan maar doen door het tarief te verhogen en de extra inkomsten te verdelen als vaste belastingteruggaaf per jaar.

[Geplaatst door: twanty]

(16)

Een alternatief dat zeker tegenover de (energie-intensieve) kassentuinbouw kan worden gesteld, is het importeren van de gewassen uit streken waar deze in seizoen (of bijna in seizoen) zijn. Een hoop studies wijzen uit dat het transport-aandeel in het volledige energiebudget nodig voor veel teelten een heel klein percentage is. Het lijkt mij ook logisch dat het meer energie vraagt om in Belgie in februari een volledige serre te verwarmen tot tomatentemperatuur dan dat het kost om dezelfde tomaten te importeren uit streken waar het zonder verwarming al bijna tomatentemperatuur is. Al geef ik toe dat geen tomaten eten in februari zal waarschijnlijk energetisch nog voordeliger zijn... feit is dat de meeste mensen dat geen ernstige optie vinden.

[Geplaatst door: Freek]

(17)

Heerlijke lowtech, ik ga morgen tegels in mn kasje leggen, rechtop tegen de noordkant. Bedankt!

[Geplaatst door: Andreas Firewolf]

(18)

Wat in het artikel niet belicht wordt, is de invloed van het spectrum van zonlicht. Polycarbonaat wordt heel snel bros in zonlicht. Om dat te voorkomen, krijgt het een UV-beschermende coating. Het gevolg: Een deel van het spectrum van het zonlicht bereikt de planten niet.
.
Als alternatief zou je glas kunnen gebruiken. Maar glas kan gemakkelijk breken door een stevige hagelbui.
.
Om dit te voorkomen, dien je de vorm van de kas aan te passen. Stel je een glazen plaat voor, verticaal geplaatst, gericht naar het zuiden. Bijvoorbeeld van 0.50 meter boven de grond tot 2.50 meter boven de grond. Het dak steekt iets uit over deze glazen plaat, om deze te beschermen tegen hagel. Dak, zijmuren en achtermuren zijn geisoleerd en hebben aan de binnenzijde van de isolatie een grote massa. Om warmte langer vast te houden.
.
Met goedkope glasplaten kun je zo al een zeer warme 'koude' kas maken. En het voordeel van glas: Het is gemakkelijk te recyclen.
.
Als je het plantaardig afval van je kas versnipperd en droogt, kun je dit in de donkere helft van het jaar verbranden. Bij voorkeur in een wkk-centrale op tuinafval. Naarmate het donkerder en kouder wordt, heb je meer licht en warmte nodig. Als je dat kunt aanmaken met afval uit je eigen kas, ben je onafhankelijk van energieleveranciers. En de as kun je weer gebruiken als meststof.
.
Vraag: Is er eigenlijk een wkk-centrale op tuinafval in Nederland verkrijgbaar?

[Geplaatst door: Andreas Firewolf]

(19)

Optimalisatie:
.
In aansluiting op het voorgaande. Stel je voor, dat je de achterwand van de kas voorziet van spiegels of reflecterende folie. Dan krijgen de planten veel meer licht.
.
Stel je een kas voor van 2 tot 4 meter breed, 2,50 tot 4 meter hoog en zo lang als je wilt.
Het dak, de achterkant en de zijkanten zijn geisoleerd.
De achterwand is voorzien van spiegelend materiaal.
De voorwand bestaat uit goedkoop enkel glas, bijvoorbeeld 5 millimeter, gezet in aluminium-profiel. Bijvoorbeeld glasplaten van 50 by 50 cm.
.
Als je het helemaal leuk wilt maken, leg je een laag aarde tegen de achterwand en over het dak. Dan vormt de aarde de isolatie. Als je de grond tegen de achterwand laat oplopen in een hoek van ca. 30 graden, kun je het grondstuk tegelijk gebruiken om geiten te houden. (Wel zorgen dat de geiten niet in de kas kunnen !)
.
Vermoedelijk krijg je dan een koude kas, die voor een hele hoge opbrengst zorgt.
.
Momenteel heb ik te weinig ruimte in mijn tuin. We zijn aan het kijken naar een groter object, bijvoorbeeld 5.000 m2. Als we dat gevonden hebben, wil ik zo'n kas gaan bouwen voor fruitbomen. Bijvoorbeeld wat citrusfruit, wat abrikozen en wat perziken. Vandaar de hoogte van 4 meter.
.
Stel je voor: Een kas met een diepte van vier meter.
In het midden een fruitboom van 2,50 - 3.00 meter hoog.
De onderkant van de voorwand geisoleerd materiaal, bijvoorbeeld anderhalve meter hoog. Dan drie meter glas. Het zonlicht komt in het groeiseizoen binnen in een hoek van ca. 40 tot 60 graden (in Nederland). Met zoń opstelling wordt de boom optimaal belicht.
De achterwand hoeft niet tot aan het dak bedekt te worden met reflecterend materiaal. De eerste twee meter is voldoende.

[Geplaatst door: Freek]

(20)

Langzame omzetting door bacteriën is de beste wkk voor tuinafval. De warmte die vrijkomt hebben de bacteriën nodig, het eindproduct is geschikt als toevoeging voor je kasje, waardoor minder mest nodig is. Kosten bestaan uit enkele emmers water als het warm weer is. Transport van tuinafval word voorkomen. Kortom:
Introduceer een lowtech composthoop bij uw kas

[Geplaatst door: Andreas Firewolf]

(21)

Freek: Met wkk bedoel ik echt warmte-kracht-koppeling. Wat ik graag wil, is elektriciteit opwekken met de verbranding van tuinafval en de restwarmte benutten voor verwarming. Van bijvoorbeeld mijn woning, als er restwarmte over is ook van een kas.
.
Probleem met zonne-energie is, dat in juni zonnepanelen 10 keer zoveel opleveren als in december. Als je van oktober tot maart elektriciteit en warmte kunt maken uit tuinafval en je combineert dit met zonne-energie, dan word je echt energie-zuinig.

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(22)

Een artikel over historische plantenkassen in Nederland:

http://www.cultureelerfgoed.nl/sites/default/files/publications/gids-techniek-52-onderhoud-en-restauratie-van-historische-plantenkassen-2011.pdf

Dank aan Arno Vlooswijk.