Dalarna University's logo and link to the university's website

du.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • chicago-author-date
  • chicago-note-bibliography
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Lågtemperaturuppvärmning av växthus: En litteraturstudie
Dalarna University, School of Information and Engineering, Energy Technology.
Dalarna University, School of Information and Engineering, Energy Technology.
2021 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [sv]

Industriell spillvärme eller restvärme som det också kallas är en resurs som inte utnyttjas i någon större utsträckning i Sverige idag. Restvärme innebär utnyttjande av energi som annars inte skulle ha blivit nyttiggjorda, och ingen alternativ användning bedöms finnas. Syftet med denna förstudie är att undersöka teknik som möjliggör tillvaratagande av restvärme för grönsaksproduktion. 

En litteratursökning har genomförts bland internationell vetenskaplig litteratur från och med 1940-talet och framåt med fokus på teknik för lågtemperaturuppvärmning av växthus. I ett examensarbete som aktualiserades i samband med litteraturstudien genomfördes mätningar i klimatkammare av värmeförluster och värmetillskott från vattentillförsel mellan två plastfolier (vattengardiner). Dessutom undersöktes hur värmeöverföringen påverkades av tillsats av ytspänningssänkande medel (diskmedel). I en uppföljande mätning undersöktes hur värmeförluster från vattengardinsystemet påverkades av samtidig användning av såpbubblor som isolering. 

Litteraturgenomgången visar på ett förhållandevis stort antal studier och teknikutveckling för att värma växthus med bland annat kylvatten från värmekraftverk med kyltorn. Sedan energikrisen på 1970-talet har minst tre större kommersiella växthusanläggningar i USA, Frankrike och Storbritannien realiserats som värmdes med fläktkonvektorer och som dimensionerats för lågtemperaturdrift. I Boden, Sverige pågår under våren 2021 ett projekt i med att bygga växthus som värms av spillvärme från ett luftkylt datacenter. 

Ett stort forskningsfokus har också lagts på system med vattenbegjutning av växthustak med värmevatten (vattengardiner), men ett system som varit i drift under ett antal år i Frankrike visade på problem med beläggningar och tillväxt av alger som minskade solinstrålningen genom glaset. 

System med vattentillförsel mellan två plastfolier har använts med framgång i Japan och Korea som frostskydd av grödor med grundvatten. Dagtid skjuts den inre folien undan för att maximera solinstrålningen. Varianter med värmevattentillförsel i kanalplastskivor har också utvärderats, men utan framgång. En tanke med vattengardinsystemen har också varit att absorbera solinstrålning dagtid och lagra vatten i ackumulatortank för att kunna värma växthuset nattetid. För att öka vattnets absorption av långvågig solstrålning tillsätts kopparklorid 

En teknik för att isolera växthus genom att tillföra såpbubblor mellan växthusets två transparenta folier har utvecklats under lång tid av olika aktörer och är intressant för vattengardintekniken, då växthusdesignen möjliggör användning av värmevattengardin utan någon modifiering. 

Mätningar av värmeförluster och värmetillskott från ett vattengardinsystem genomförts som ett examensarbete. Resultaten visade att värmeförlusterna minskar avsevärt genom tillsats av ytspänningssänkande medel (diskmedel) och att en medelvattentemperatur på ca 5 °C över växthustemperaturen är tillräcklig för att eliminera alla värmeförluster från växthustaket. Dessutom visade mätningar av samtidig användning av vattengardin och bubblor som isolering på ytterligare sänkta värmeförluster. Både försöken med dismedelstillsats till vattengardin och samtidig användning av vattengardin och bubblor visade positiva resultat och verkar inte vara publicerade tidigare, varför det är motiverat med en utökad studie av hur tekniken kan användas för att nyttja restvärmekällor. 

Simulering av energianvändningen i växthus som värms med vattengardin och isoleras med bubblor visar på en energikostnadsbesparing på storleksordningen ca 0,5 kr/kg tomat vid en övergång från primär fjärrvärme till fjärrvärme returledning, och en besparing på 2 kr per kg tomat om gratis restvärme kan utnyttjas.

Abstract [en]

Industrial waste heat or residual heat as it is also called is a resource that is not used to any great extent in Sweden today. Residual heat involves the utilization of energy that otherwise would not have been utilized, and no alternative use is judged to exist. The purpose of this feasibility study is to investigate technologies that enables the utilization of residual heat for vegetable production. 

A literature search has been conducted among international scientific literature from the 1940s onwards with a focus on technology for low-temperature heating of greenhouses. In a degree project that was actualized in connection with the literature study, measurements were made in climate chambers of heat losses and heat additions from the water supply between two plastic foils (water curtains). In addition, it was investigated how the heat transfer was affected by the addition of surface tension reducing agents (detergents). A follow-up measurement examined how heat losses from the water curtain system were affected by the simultaneous use of soap bubbles as insulation. 

The literature review shows a relatively large number of studies for heating greenhouses with, cooling water from thermal power plants with cooling towers. In previous years, at least three major commercial greenhouse plants in the USA, France and the United Kingdom have been realized that were heated with fan convectors dimensioned for low-temperature operation. In the spring of 2021, a project is underway in Boden, Sweden, to build a greenhouse that is heated by waste heat from an air-cooled data center. 

A major research focus has also been placed on water irrigation systems of greenhouse roofs with heating water (external water curtains), but a system that has been in operation for several years in France showed problems with lime scale coatings and growth of algae that reduced solar radiation penetration. 

Water supply systems between two plastic foils (internal water curtains) have been used successfully in Japan and Korea as frost protection of crops using groundwater. During the day, the inner foil is retracted to maximize solar radiation. Variants with hot water supply in the voids of a double layer of acrylic extruded sheet have also been evaluated, but without commercial success. One idea with the water curtain systems has also been to absorb solar radiation during the day and store water in a water storage tank to be able to heat the greenhouse at night. To increase the water's absorption of long-wave solar radiation, copper chloride was added. 

A technique for insulating greenhouses by supplying soap bubbles between the greenhouse's two transparent foils has been developed for a long time by various actors and is interesting for water curtain technology, as the greenhouse design allows the use of hot water curtains without any modification. 

Measurements of heat loss and heat addition from a water curtain system were carried out as a degree project. The results showed that the heat losses are significantly reduced by the addition of surface tension reducing agents (detergents) and that an average water temperature of about 5 °C above the greenhouse temperature is sufficient to eliminate all heat losses from the greenhouse roof. In addition, measurements of simultaneous use of water curtain and bubbles as insulation showed further reduced heat losses. Both the experiments with the addition of detergent to the water curtain and the simultaneous use of the water curtain and bubbles showed positive results and do not seem to have been published before, which is why an extended study of how the technology can be used to use residual heat sources is justified. 

Simulation of energy use in greenhouses that are heated with a water curtain and insulated with bubbles shows an energy cost saving of the order of about SEK 0.5 / kg tomato in a transition from primary district heating to district heating return line, and a saving of SEK 2 per kg tomato if free residual heat can be exploited.

Place, publisher, year, edition, pages
Borlänge: Högskolan Dalarna, 2021. , p. 28
Series
Energikompetenscentrum Rapport ; 2021:1
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:du-38852ISBN: 978-91-88679-29-1 (electronic)OAI: oai:DiVA.org:du-38852DiVA, id: diva2:1614314
Projects
Energiinnovation
Note

Rapporten är framtagen inom projektet Energiinnovation, finansierat av Region Dalarna, Högskolan Dalarna och den Europeiska regionala utvecklingsfonden - Programmet för Norra Mellansverige.

Available from: 2021-11-25 Created: 2021-11-25 Last updated: 2023-04-14

Open Access in DiVA

fulltext(1226 kB)281 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1226 kBChecksum SHA-512
6e24aa2bb6882c85f5a45c2f8b4e29c4476a408983880d3462aea029831e8ad0288915df5b31edfc6c7b079a72266cbb5066d863cb547d0456b32525571601b0
Type fulltextMimetype application/pdf

Authority records

Persson, TomasRönnelid, Mats

Search in DiVA

By author/editor
Persson, TomasRönnelid, Mats
By organisation
Energy Technology
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 283 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 383 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • chicago-author-date
  • chicago-note-bibliography
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf