Home About Browse Search
Svenska


Klimatisering, belysning, bevattning och mekanisering i växthus

aktuellt kunskapsläge

Nimmermark, Sven and Nielsen, Jonas Möller (2014). Klimatisering, belysning, bevattning och mekanisering i växthus. Alnarp: (LTJ, LTV) > Department of Biosystems and Technology (from 130101)
(VH) > Department of Biosystems and Technology (from 130101)
, Sveriges lantbruksuniversitet. Landskapsarkitektur, trädgård, växtproduktionsvetenskap ; 2014:19
[Report]

[img]
Preview
PDF
4MB

Abstract

För en framgångsrik produktion krävs bästa möjliga förhållanden beträffande växtklimat och ljus, rationella system för att hantera växternas vatten- och näringstillförsel och dessutom en begränsning av kostnaderna för produktionen. En ökad mekanisering och en ökad användning av robotar ger möjligheter för reducerade kostnader, bättre konkurrenskraft och en ökad lönsamhet. I slutna eller halvslutna växthuskoncept finns möjligheter att bibehålla höga CO2 halter under längre tidsperioder än i konventionella växthus. Dessa slutna eller halvslutna system kräver kylning och avfuktning för att temperatur och luftfuktighet skall kunna hållas på en lämplig nivå. I Finland har man tagit fram ett system (Novarbo) för kylning och fuktstyrning med hjälp av droppgardiner där kylt vatten sprutas in. I Grekland och Italien har försök gjorts att avfukta med hygroskopiska saltlösningar som binder överskottsfukt. En vanlig metod att avfukta luften i växthus med energivävar är att öppna vävarna så att en liten springa uppstår och låta fukt kondensera ut på täckmaterialet (ytterskalet) samtidigt som torrare luft från utrymmet över väven strömmar ner i växthuset. En nackdel med systemet är att okontrollerade luftrörelser kan orsaka ojämn temperaturfördelning i växthuset. I en ny intressant metod som håller på att testas i Nederländerna används rundblåsande fläktar som fördelar och trycker ut luften som en horisontell skärm under vävarna och som utbyter luft med utrymmet ovanför vävarna. Andra studier av energiåtgång och kostnader indikerar att avfuktning med hjälp av ventilation och värmeväxling kan vara ett konkurrenskraftigt system. Beroende på val av armatur kan kostnaderna för belysningen i ett växthus bli olika höga. I många studier av LED ljus har man studerat hur ljus med olika våglängdssammansättning påverkar växternas utveckling. I USA har man undersökt fotonutbyte och kostnader för olika armaturer med ljuskällor av typerna LED, högtrycksnatriumlampor (HPS), keramisk metallhalogen och lysrör. Man fann i denna studie att ljusutbytet (fotonutbytet) per enhet tillförd elenergi (μmol/J) var mycket högre för nyare HPS armaturer (1,7 μmol/J) jämfört med typer som idag är vanligt förekommande (1,02 μmol/J). Det bästa fotonutbytet för LED armaturer (rött/blått) var 1,66-1,70 μmol/J och alltså av samma storleksordning som för nya HPS armaturer. I studien fann man att kostnaden per foton räknat var högre för LED än för HPS. I takt med att lysdioder (LED) blivit ljusstarkare och kommit ner i pris har intresset för att använda dem för assimilationsbelysning ökat. De små ljuskällorna som dioderna utgör, gör att man kan skapa belysningsarmaturer som möjliggör placering i plantskiktet i raderna ("inter-lighting"). En skillnad mellan HPS och LED är att värmestrålningen från HPS lampor värmer plantmassan, vilket åtminstone ibland kan vara en fördel. För assimilationsbelysning (toppbelysning) anses HPS fortfarande vara det bästa alternativet, medan LED är intressant då det gäller belysning för att erhålla en viss fotoperiod, belysning inuti växtmassan ("interlighting") och då det gäller att styra växterna. Energieffektiva plasmalampor kan kanske i framtiden vara ett intressant alternativ även i växthus. Fokus inom forskningen avseende vatten och näringstillförsel har på senare år varit att minska åtgången av vatten och gödselmedel samt att minska utsläpp av gödselvatten till naturen, dels för att minska slöseriet med vatten och gödselmedel och dels för att förbättra ekonomin för odlingsföretagen. Ett nyare odlingssystem som har testats vid ett flertal tillfällen och för olika kulturer är odling med delat rotsystem ("Split Root"). I detta system delas rotsystemet upp i två separata behållare med var sitt droppbevattningssystem och varje behållare vattnas varannan gång. Systemet benämns på engelska "PRD - Partial Rootzone Drying" eller "Split Root". Användningen av systemet har testats för flera olika kulturer, bl.a. gurka, där det visat sig att vatten- och näringsåtgången minskade med 35 % utan att skörden påverkades. Med nyare mätteknik kan man mäta små förändringar i plantornas reaktioner bl.a. bladtemperatur, variation i stamdiameter, klyvöppningarnas reaktion och växtsaftsflöde. Tekniken som förfinar befintlig bevattningsteknik används både inom forskning och kommersiellt. Fokus inom mekaniseringen i växthus har de senaste tio åren främst varit utnyttjande av olika robottekniker. I början på 2000-talet utvecklades och testades en robot för skörd av slanggurka. Roboten tog sig fram själv, hittade plantorna, identifierade frukterna och avgjorde vilka gurkor som var klara för skörd samt skördade gurkorna. Robotteknik för avbladning har också testats med utnyttjande av samma NIR våglängder för igenkänning av gurkplantornas olika delar (frukt, blad, stam). Robotar har också testats för skolning av småplantor (under 2,7 minuter skolades 36 tomatplantor om med 100 % framgång) och robotar för sticklingsförökning av rosor har börjat användas kommersiellt. Forskning avseende sensorer kan utnyttjas i en rad tillämpningar och sorterings- och packningsmaskiner som idag är standard i de flesta större företag finns nu även med utrustning för mätning av näringsinnehåll och socker med hjälp av spektral bildbehandling och klorofyllfluorescens.

Authors/Creators:Nimmermark, Sven and Nielsen, Jonas Möller
Title:Klimatisering, belysning, bevattning och mekanisering i växthus
Subtitle:aktuellt kunskapsläge
Alternative abstract:
LanguageAbstract
English

Successful production involves best possible conditions concerning plant climate and light conditions, rational systems for supplying the plants with water and nutrients, and in addition to that also limited production costs. Increased mechanization and an increased use of robots may provide possibilities for reduced costs, improved competitiveness and increased profitability. Closed or semi-closed greenhouse concepts make it possible to keep high concentrations of CO2 during longer periods of time than in conventional greenhouses. Such closed or semiclosed systems demands cooling and dehumidification for keeping temperatures and humidity at suitable levels. In Finland a system with droplet curtains (Novarbo) where cooled water is sprayed out has been developed for cooling and humidity control. In Greece and Italy dehumidification with hygroscopic salt and water solutions absorbing excess moisture has been studied for dehumidification. A common method to dehumidify the air in greenhouses with thermal screens is to slightly open the screens creating a narrow opening. Humid and warmer air from the greenhouse then passes through the opening and moisture is removed by condensation on the greenhouse cover, while at the same time colder and dryer air leaks in somewhere. A drawback is that uncontrolled air movements cause a non-uniform climate where the climate varies between locations in the house. A new interesting concept being developed in The Netherlands is a system where horizontal blowing fans creates a screening layer of air just below the thermal screens at the same time as they exchange air with the space between the thermal screens and the greenhouse cover. Other studies of energy use and costs indicate that dehumidification by ventilation and heat exchange may be a competitive system. Depending of choice of light sources and armatures the costs for lighting in greenhouses can vary. In many studies of LED (light emitting diodes) the plant response and development under light with different spectra have been by studied. In a US study the photon flux and costs for different armatures with light sources of the types LED, high pressure sodium (HPS) ceramic metal halide and fluorescent light was studied. It was found in the study that the light output (photon output) per unit electrical input (μmol/J) was much higher for new HPS armatures (1.7 μmol/J) compared to that of armatures being commonly used today (1.02 μmol/J). The best photon exchange for LED armatures (red/blue) was 1.66-1.70 μmol/J, which means the same magnitude as for new HPS armatures. It was found that the cost calculated per photon was higher for LED than for HPS. Following increased levels of light from LED and lowered costs, the interest for using them as assimilation light sources has increased. Their small size makes it possible to create armatures possible to place inside the plant canopy in plant rows ("inter-lighting"). A difference between HPS and LED is that the thermal radiation from HPS armatures warms the plant mass, which at least sometimes can be beneficial. For assimilation light (top lighting), HPS is still considered to be the best alternative, while LED is interesting for keeping a certain photo period, for lighting inside the plant canopy ("inter-lighting"), and for plant control. Highly energy efficient plasma lamps can be future interesting light sources also in greenhouses. Regarding water and nutrient supply the focus in research recent years has been on decreasing the amount of water and fertilizers used and to decrease the nutrient leakage to the environment, partly for avoiding the waste and partly for an improved economic outcome for the crop producers. A newer growing system tested a number of times for different cultures is growing with a split root system ("Split Root"). In this system the root systems of the plants are divided and placed in two separate containers with separate drip irrigation systems and each container is watered every second time. The system is called "PRD - Partial Rootzone Drying" or "Split Root". It has been studied for a number of plant species, e.g. cucumbers, where a 35% decrease in water and nutrient consumption was found without any influence on the crop harvest. Newer measurement technology provide opportunities for measuring small changes in plant reactions, e.g. leaf temperature, variation in stem diameter, stomata reaction and plant water transport. Such measurements fine tuning present irrigation technology is used within science and also commercially. Regarding mechanization for greenhouses, the focus in research during the recent 10 years has primarily been the use of robot technology. In the beginning of the 2000s a robot for harvesting cucumbers was developed and tested. The robot moved and found its way, found the plants, identified the fruits, identified cucumbers ready for harvesting and then harvested the cucumbers. Also for de-leafing cucumber plants, robot technology has been tested using the same NIR wavelengths as the harvesting robot for identification of the different parts of the cucumber plants (fruit, leaf, and stem). Robots have also been tested for seedlings transplanting (during 2.7 minutes 36 tomato seedlings were transplanted with a 100% success rate) and robots for producing and planting rose cuttings has also started to be used commercially. Research regarding sensors can be utilized in a number of applications and sorting and packaging machines today being standard equipment at most large operations are nowadays also equipped with devices for measuring nutrient and sugar content by the help of spectral image analysis and chlorophyll fluorescence.

Series/Journal:Landskapsarkitektur, trädgård, växtproduktionsvetenskap (BIB14858805)
Year of publishing :2014
Number:2014:19
Number of Pages:30
Place of Publication:Alnarp
Publisher:Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap, Sveriges lantbruksuniversitet
ISBN for electronic version:978-91-87117-80-0
Language:English
Publication Type:Report
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:X Agricola extesions > X60 Technology
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Horticulture
(A) Swedish standard research categories 2011 > 2 Engineering and Technology > 201 Civil Engineering > Building Technologies
(A) Swedish standard research categories 2011 > 2 Engineering and Technology > 201 Civil Engineering > Environmental Analysis and Construction Information Technology
Agrovoc terms:greenhouses, lighting, mechanization
Keywords:greenhouses, climatization, illumination, mechanization
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2451
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2451
ID Code:11933
Faculty:LTV - Fakulteten för landskapsarkitektur, trädgårds- och växtproduktionsvetenskap
Department:(LTJ, LTV) > Department of Biosystems and Technology (from 130101)
(VH) > Department of Biosystems and Technology (from 130101)
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:26 Feb 2015 09:04
Metadata Last Modified:08 Sep 2017 09:01

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits