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

Denna studie undersöker hur ett lågtempererat golvvärmesystem kan minska energibehovet från konvektionsbaserad tillskottsvärme i en växthusmodell på 10 000 m² i svenskt klimat. En detaljerad växthusmodell i ”Transient System Simulation Software” (TRNSYS) med ett integrerat golvvärmessystem användes för att undersöka dess påverkan på växthusets energibehov och optimala designparametrar av golvvärmesystemet. Syftet var att utvärdera hur isolertjocklek, röravstånd, rördimension och varierad temperatur av vattentillförsel påverkar prestanda och värmeöverföring av användbar värme till insidan och förluster mot mark. Vidare var syftet att jämföra uppvärmningsmetoder som vattengardin och flytande skum i kombination med golvvärme för att utvärdera ytterligare reducering av tillskottsvärmebehovet från el-baserad uppvärmning.

Modellen bygger på en tidigare utvecklad växthusmodell i TRNSYS med Type 56, där detta arbete implementerar en golvvärmemodell via ett aktivt lager centrerat i en 18 cm betongplatta. En parameterstudie omfattade 12 olika fall där rördimension (20x2 mm och 25x2,3 mm), röravstånd (0,2 m och 0,3 m), isolering (100 mm och 300 mm) och tillförseltemperatur (30 °C, 35 °C och 40 °C) varierades. Simuleringsfallen analyseras utifrån prestandanyckeltal såsom årligt energitillskott och värmebehovsreducering samt säsongsbaserat värmeflöde uppåt (nyttigvärme) och nedåt (markförlust), mängden levererad energi till vätskan samt mängden minskad på tillskottsvärme.

Resultat visar att den bästa systemdesignen kan minska tillskottsvärmen från 572 kWh/m² (utan golvvärme) till 289 kWh/m² genom att tillföra 401 kWh/m² lågtempererad värme (40 °C) via golvvärmen. Känslighetsanalysen visar att smalare rör på C-C avståndet 0,2 m ger något högre värmeöverföring än 0,3 m och att rördimensionen 25x2,3 mm i kombination med 0,2 m avstånd ger optimal prestanda. Användning av värmeåtervinning i ventilationsmodellen sänker tillskottsvärmebehovet ytterligare till 132 kWh/m² under samma konfiguration med 100 mmisolering och vid 300 mm isolering nåddes 129 kWh/m². Golvvärmesystem i kombination med andra system som vattengardin, flytande skum och värmeåtervinning via ventilation visar sig reducera tillskottsbehovet ytterligare.

Golvvärmesystemet har ej förmågan att själv täcka energibehovet av växthusmodellen men fungerar väl som ett komplement till konventionellt uppvärmningssystem och är dessutom kompatibelt med integration av spillvärme för en mer hållbar växthusdrift året runt.

This study investigates how a low-temperature radiant floor heating (RFH) system can reduce the energy demand from convection-based auxiliary heating in a 10 000 m² greenhouse model under Swedish climate conditions. A detailed greenhouse model was simulated in the “Transient System Simulation Software” (TRNSYS) and incorporated an integrated floor heating system to examine its impact on overall energy demand and to identify optimal design parameters. The aim was to evaluate how insulation thickness, pipe spacing, pipe dimensions, and varying supply water temperatures influence system performance, useful heat transfer to the interior, and heat losses to the ground. Including a brief comparison between low-temperature heating methods. Furthermore, the study also aimed to compare heating methods such as water-curtain and liquid foam in combination with underfloor heating to assess further reductions in the need for electricity-based auxiliary heating.

Before this study a greenhouse model was developed using Type 56 in TRNSYS, where this thesis implemented a radiant floor heating embedded as the active layer in the center position of 18 cm concrete slab. The parametric study simulations consisted of 12 cases varying (20x2 mm and 25x2.3 mm), pipe spacing (0.2 m and 0.3 m), insulation levels (100 mm and 300 mm), and supply temperatures (30°C, 35°C and 40°C). Each case was evaluated analyzing key performance indicators based on yearly thermal outputs including heating season surface heat flux upwards as useful and downwards as soil loss, energy delivered to the fluid and auxiliary heating demand reduction.

The results show that the most successful system design can reduce the auxiliary heating demand from no-floor heating 572 kWh/m² to 289 kWh/m² by providing 401 kWh/m² low gradeheat (40 °C supply temperature) to the floor heating system. Parametric analysis concludes that narrow pipe spacing of 0.2 m leads to slightly higher heat transfer compared to 0.3 and larger pipe sizing of 25x2.3 mm at spacings of 0.2 m is the optimal performing combination in all cases. Using heat recovery ventilation model further reduces auxiliary heating down to 132kWh/m² with 25x2.3 mm pipes at 0.2 m spacing, 100 mm insulation at 40 °C. A final performance evaluation of 300 mm insulation brought auxiliary heating to 129 kWh/m². Secondary results found that RFH in combination with other systems such as water-curtain, liquid foam and heat recovery through ventilation proves to further reduction of the auxiliary heating demand.

Floor heating alone cannot cover the full heating demand but proves effective as a supplementary low-temperature system, as it is able to replace high-temperature energy heating with low-temperature heat and supports integration with low-cost waste heat sources to achieve a more sustainable greenhouse operation.