Wie ein klimakontrolliertes Gewächshaus funktioniert

Wir alle wissen mehr oder weniger, was ein Gewächshaus ist.

Gewächshäuser, die vor über zwei Jahrtausenden entstanden, haben die Entwicklung der landwirtschaftlichen Techniken begleitet und der Menschheit eine immer zuverlässigere Ernte ermöglicht.

Klimatisierte Gewächshäuser stellen eine Kategorie von Gewächshäusern dar, zu der die technologisch fortschrittlichsten Konstruktionen gehören.

Im heutigen Artikel werden wir uns ansehen, was klimakontrollierte Gewächshäuser, was sie von traditionellen Gewächshäusern unterscheidet und schließlich, welche Alternativen es für Kleinbauern und Forscher gibt.

Klimatisierte Gewächshäuser: Definition und Unterschiede zu traditionellen Gewächshäusern

Zu verstehen, was ein Klimakontrollgewächshaus ist keine leichte Aufgabe, und das aus einem ganz einfachen Grund: Jedes Gewächshaus ist eine Konstruktion, die darauf ausgelegt ist, ein bestimmtes Maß an Klimakontrolle zu gewährleisten.

Von den ersten Experimenten der alten Römer über das Mittelalter und die Neuzeit bis heute sind Gewächshäuser ein grundlegendes landwirtschaftliches Instrument, mit dem sich das Mikroklima in ihnen verändern , um das Pflanzenwachstum zu fördern.

Obwohl jedes Gewächshaus über eine Klimatisierung verfügt, wird heute zwischen traditionellen Gewächshäusern und Gewächshäusern mit Klimatisierung unterschieden

Ein klimakontrolliertes Gewächshaus ist eine hochentwickelte Konstruktion, die mithilfe ausgefeilter Technologien Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und andere für das Pflanzenwachstum entscheidende Umweltfaktoren präzise überwacht und reguliert. 

Im Vergleich zu traditionellen Gewächshäusern, die von äußeren Wetterbedingungen abhängig sind und diese sozusagen „passiv“ verändern , bieten klimakontrollierte Gewächshäuser ein wesentlich höheres Maß an Steuerung und Optimierung

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Klimatisierungstechnologien für Gewächshäuser

Doch welche Technologien stecken in einem klimakontrollierten Gewächshaus?

Schauen wir uns die wichtigsten hier an.

• Heiz- und Kühlsysteme: Klimatisierte Gewächshäuser sind mit Heiz- und Kühlsystemen ausgestattet, die optimale Temperaturen für das Pflanzenwachstum gewährleisten. Zu diesen Systemen gehören Heißluftheizungen, Verdunstungskühlsysteme und Wärmepumpen.

• Feuchtigkeitsregulierung: Die Feuchtigkeitsregulierung ist unerlässlich, um Pilzkrankheiten vorzubeugen und ein gesundes Pflanzenwachstum zu fördern. Klimatisierte Gewächshäuser nutzen Befeuchtungs- und Entfeuchtungssysteme, um optimale Luftfeuchtigkeitswerte aufrechtzuerhalten.

• Künstliche Beleuchtung: Neben Sonnenlicht nutzen klimakontrollierte Gewächshäuser künstliche Beleuchtungssysteme, um eine konstante Lichtmenge zu gewährleisten, die für die Photosynthese und andere Prozesse benötigt wird.

• Bewässerungssteuerung: Automatisierte Bewässerungssysteme versorgen die Pflanzen bedarfsgerecht mit Wasser, optimieren so die Wassernutzung und fördern ein gleichmäßiges, gesundes Wachstum.

Für Forschungsanwendungen, die eine präzise Kontrolle der CO2-Konzentration_in Innenräumen erfordern – wie z. B. Studien zur atmosphärischen Anreicherung oder beschleunigte Photosynthesetests – bietet FDM eine Testkammer_CO2- , die Wachstumskammern für vertikalere Anwendungen ergänzt.

Alternativen zu klimatisierten Gewächshäusern

Klimakontrollierte Gewächshäuser sind hervorragende Instrumente sowohl für den Anbau von Nahrungsmitteln als auch für Forschungszwecke.

Die Möglichkeit, atmosphärische Bedingungen nach Belieben zu verändern und zu überwachen, ist für die Arbeit von Forschernund gibt ihnen die Möglichkeit, präzise und zuverlässig zu experimentieren.

Klimakontrollierte Gewächshäuser sind jedoch sehr große und teure Konstruktionen.

Wenn Sie keinen Zugang zu solchen Mitteln haben, ist eine Wachstumskammer.

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Die FDM-Wachstumskammer

Klimakammern lassen sich als Miniatur-Gewächshäuser mit Klimatisierung vorstellen. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich, aber alle vergleichbar mit einem Standardkühlschrank. Klimakammern sind hermetisch abgedichtete Umgebungen, in denen Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Beleuchtung – genau wie in Gewächshäusern mit Klimatisierung – reguliert werden können

Die FDM-Wachstumskammerumfasst 5 verschiedene Beleuchtungssysteme , die je nach Kundenwunsch horizontal oder vertikal positioniert werden können.

Wir können auch maßgeschneiderte Wachstumskammern, wie wir es beispielsweise für Forscher der Universität Turin getan haben. Die ganze Geschichte können Sie hier lesen. 

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Referenzstandards

• EN 13031-1 — Gewächshäuser: Planung und Konstruktion, bauliche und klimatische Anforderungen an landwirtschaftliche Gewächshäuser für den kommerziellen Gebrauch.
• ANSI/ASAE EP406.4 — Heizung, Lüftung und Kühlung von Gewächshäusern: Amerikanische Normen für Gewächshaus-HLK-Systeme.
• DIN EN 17268 — Gewächshäuser: Natürliche Belüftung, Entwurfsverfahren für natürliche Belüftung und Berechnung des Luftaustauschs.
• ISO 17714 — Meteorologie: Messung der Lufttemperatur, Verfahren für die agrometeorologische thermische Überwachung.
• EN 15977 — Bewässerungstechniken: Rohrleitungssysteme für die Unterflur-Tropfbewässerung, Normen für die Präzisionsbewässerung.

Autoritative Quellen

• CEN – Europäisches Komitee für Normung. Es verwaltet die Normenreihen EN 13031 und EN 17268 für landwirtschaftliche Gewächshäuser.
• ASABE – Amerikanische Gesellschaft für Agrar- und Bioingenieure. Veröffentlicht ASAE EP406 und Richtlinien für den Gewächshausbau.
• ISO – Internationale Organisation für Normung. Veröffentlicht die Norm ISO 17714 für Agrarmeteorologie und Klimabeobachtung.

Häufig gestellte Fragen zu klimatisierten Gewächshäusern

Passive vs. aktive Steuerung: Wann verwendet man welche?

Die passive Steuerung nutzt bioklimatische Prinzipien ohne mechanische Systeme: optimale Sonnenausrichtung (Ost-West für einschiffige Gewächshäuser, Nord-Süd für mehrschiffige Gewächshäuser in der Po-Ebene), natürliche Belüftung durch Firstöffnungen (15–25 % der überdachten Fläche) und Seitenöffnungen, saisonale Beschattung mit Netzen mit variablem Beschattungsgrad (30–70 %) und selektive Dacheindeckung (Wärmeschutzglas, Dreifachverglasung aus Polyethylen). Sie eignet sich für gemäßigte Klimazonen und nicht-intensive Kulturen mit breiter Temperaturtoleranz. Die aktive Steuerung integriert eine vollständige Klimatechnik: Warmrohr-Flächenheizung, Verdunstungskühlung mit Kühlkissen und Abluftventilatoren (senkt die Temperatur um 6–12 °C), dosierte CO₂-Zufuhr (800–1200 ppm für die C3/C4-Photosynthese), Wärmepumpen-Entfeuchtung und kontrollierte Befeuchtung. Für ertragreiche Kulturen (z. B. Traubentomaten, medizinisches Cannabis, Erdbeeren außerhalb der Saison), den Blumenanbau (z. B. Rosen, Orchideen) und die Pflanzenforschung , bei denen die Temperaturtoleranz +/- 0,5 °C beträgt, ist dies obligatorisch. Die Investitionskosten reichen von 50 EUR/m² (passives Tunnelgewächshaus) bis zu 300–800 EUR/m² (Venlo-Verglasung mit Vollklimatisierung), wobei die Gesamtbetriebskosten über 10 Jahre sehr unterschiedlich ausfallen.

Wie berechnet man den korrekten Luftaustausch?

Die Lüftungsbilanz folgt der Kontinuitätsgleichung: Q_Ventil = Q_Solar / (rh_Luft * c_p * DT_Ziel), wobei Q_Solar der Nettosolargewinn (typischerweise 600–900 W/m² mittags im Sommer), rh_Luft die Luftdichte von 1,2 kg/m³, c_p 1005 J/kg K und DT_Ziel der maximal tolerierte Temperaturgradient zwischen Innen und Außen (typischerweise 3–5 °C) ist. Für ein 1000 m² großes Gewächshaus mit einer Solarleistung von 700 kW und einem Temperaturgradienten von 5 °C ergibt sich Q_Ventil = 116 m³/s = 420.000 m³/h, entsprechend 60–80 Volumeneinheiten/h. Bei natürlicher Belüftung müssen die Firstöffnungen 20–30 % der überdachten Fläche mit einem Ausflusskoeffizienten c_d von 0,6–0,7 ausmachen. Für die Zwangslüftung werden Axialventilatoren mit einem Durchmesser von 1200–1800 mm und einer Förderleistung von 40.000–70.000 m³/h eingesetzt, durchschnittlich 4–6 Stück pro Gewächshaus. Temperatur- undRH sind in Fünfergruppen auf einem 20x20 m großen Raster angeordnet und verfügen über eine PID-Regelung, die an eine zentrale CPU weitergeleitet wird. Der thermische Feuchtigkeitsindex (THI) integriert Temperatur und RH zur Bestimmung von thermischem Stress bei Pflanzen (ein THI-Wert > 80 ist kritisch für Tomaten) und automatisiert die Aktivierung der Kühlpads.

Welche THI-Sensoren werden für die Automatisierung benötigt?

Ein modernes Klimaregelungssystem integriert mehrere Sensoren: (1) undRH Innentemperatur relative Luftfeuchtigkeit ( in einem 20x20 m großen Raster (mindestens 6–9 Sensoren pro Hektar) mit einer Genauigkeit von ± 0,3 °C und ± 2 % RH, geschützt durch einen belüfteten Strahlungsschutz; (2) undRH Außentemperatur an einer Wetterstation in 3 m Höhe; (3) Globale Solarstrahlung ( Pyranometer Klasse B) + PAR-Strahlung (photosynthetisch aktive Strahlung) im Bereich von 400–700 nm; (4) Windgeschwindigkeit und -richtung zur Steuerung der Fensteröffnung; (5) Regen zur schnellen Fensterschließung; (6) NDIR-Infrarot- CO₂-Messung (0–2000 ppm); (7) Substrattemperatur und -feuchtigkeit (TDR/FDR-Sonden) für die Präzisionsbewässerung; (8) pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit (EC) der Nährlösung in Düngegewächshäusern. Die SPS-Steuerung koordiniert über 30 Aktoren (Schattierungsfolien, Öffnungen, Pumpen, Ventilatoren, Brenner) mit verschiedenen Sollwertlogiken für die vegetative und reproduktive Phase. Managementsoftware wie Priva Connext, Ridder HortiMaX und Argus Titan implementiert 6- bis 24-Stunden-Prognosemodelle zur Energieoptimierung.

Wie lassen sich Photovoltaikanlagen in ein Gewächshaus integrieren?

Agrivoltaikkombiniert landwirtschaftliche und photovoltaische Produktion mit halbtransparenten (20–50 % Transparenz) oder opaken Modulen, die auf Dachebenen angeordnet sind. Wichtige Anforderungen: (1) -PAR-Strahlungsanteil ≥ 30–50 %, abhängig von der Kulturpflanze (grüne Blätter benötigen PAR ≥ 300 µmol/m² s Peak); (2) gleichmäßige Beschattung durch Streumodule oder drehbare Nachführsysteme; (3) Kompensation der Stromkosten für Klimaanlage, Ventilatoren und Pumpen (ein aktives Gewächshaus verbraucht 150–400 kWh/m² pro Jahr); (4) Tragkonstruktionen, die für zusätzliche Modullasten von 15–25 kg/m² ausgelegt sind. Für intensive Tomaten-/Gurkengewächshäuser beträgt der optimale Photovoltaikanteil 20–30 % der Bedeckung; für schattenliebende Orchideen bis zu 50 %. Die MASE-Verordnung 2023 zu innovativer Agrivoltaik sieht Förderprogramme CACER und PNRR mit Mindestschwellen von 40 % erhaltener landwirtschaftlicher Nutzfläche vor. Typische Amortisationszeit: 6–10 Jahre, durch Energieeinsparungen, Überschussverkäufe und die Erhaltung der Kulturpflanzen. Das Projekt erfordert eine agronomische Studie zur Validierung der Pflanzenproduktivität unter Photovoltaik sowie einen fünfjährigen Überwachungsplan.