Klimatdata i denna rapport är lokaliserat till Hallsberg och regleringar i växthuset styrs efter skogsplantors behov. Trots detta anser författaren att resultaten i denna rapport kan tillämpas på andra typer av grödor. Resultatet är mestadels relevant för de norra delarna av värden där värmebehovet är en angörande faktor för växthusets energianvändning.
I denna studie har olika faktorers påverkan undersökts för att kunna svara på vilka parametrar som är viktiga att ta hänsyn till för att energieffektivisera växthus. Alla undersökningar som gjorts kan även ses som en känslighetsanalys där olika faktorer undersökts och visar vilka av dessa som är viktigt att ta hänsyn till för att få tillförlitliga resultat. Det visade sig tillexempel att lutningen på taket inte hade någon påverkan medan takets U-värde hade en stor påverkan på resultatet, se kapitel 3.3.8, analys av faktorer med liten påverkan samt figur 43 och tabell 17.
Primärenergianvändningen, kostnaden samt utsläppet av CO2-ekv påverkas av den totala energianvändningen av värme, kyla och el i samtliga fall vilket framkommer av (70)-(73), samt (75)-(76). Det var både kostnadseffektivt, primärenergiminskande och koldioxidreducerande att minimera värmeanvändandet samt elbehovet trots att kylbehovet i vissa fall ökade.
Resultatet påvisade att det fanns potential att minska primärenergianvändningen genom att analysera vad i växthuset som bidrog till energiförlusterna. Resultaten i rapporten ska tas som en vägledning till hur växthus kan energieffektiviseras. Samtliga resultat följde samma trend och pekade på likvärdig slutsats för fall TallMikro och fall MikroMikro. Fall TallMikro ger vid alla undersökta alternativ lägre primärenergianvändning än fall MikroMikro, se tabell 16 och figur 36. Detta beror på att temperaturen inne i växthuset för fall TallMikro följer utomhustemperaturen bättre, se figur 12 och 13.
4.1 Besparingar för Svenska Skogsplantor AB
Det energieffektiva växthuset i tabell 24 och figur 48 jämfördes med dagens bågformade växthus i tabell 14 och figur 32 för att se besparingspotential från idag. Genom energieffektivisering av växthuset tyder det på en besparing av primärenergi, pengar samt koldioxidutsläpp. Kostnaden reducerades med 75 %, utsläppen med 75 % samt den totala primärenergianvändningen minskades med 70 %. I dagsläget har Svenska Skogsplantor AB en växthusarea på 78 600 m2 och om denna energieffektivisering gjordes på samtliga växthus skulle driftkostnaden för växthusen minska med ca 4,2 miljoner kronor för fall TallMikro och 5,8 miljoner kronor per år för fall MikroMikro. Utsläppen av koldioxidekvivalenter skulle minska med 130 för fall TallMikro och 170 ton per år för fall MikroMikro.
Primärenergianvändningen reduceras även med 7 GWh per år för fall Tall mikro och 9 GWh per år för MikroMikro. Denna beräkning förutsätter att dagens växthus är ungefär lika energikrävande. Svenska Skogsplantor AB tror dessutom att ytterligare större växthusytor på
67 20-25 % kommer behövas de senaste 5-7 åren för att täcka kommande efterfråga vilket gör att det blir ännu viktigare med energieffektiva växthus.
4.2 Odling året om
Vid odling året om ökar behovet av värme och el, se figur 51. Då produktionen skedde under hela året var det inte energieffektivt att isolera hela växthuset på grund av den höga elanvändningen som tillkommer även under sommaren då instrålningen av ljus inte kan nyttjas.
Elanvändningen ökade med 67 % jämfört med referensväxthuset vid odling året om. Från detta kan slutsatsen dras om att ett växthus vid odling året om bör ha god isoleringsförmåga samtidigt som ljusinsläppet ska vara tillräckligt. Detta gör att det energieffektiva växthuset blir bäst vid året om odling.
Då det energieffektiva växthuset jämförs mellan odling året om och odling mellan vecka 12-49 ökar den totala primärenergianvändningen med ca 90 % per kvadratmeter, se figur 48 och figur 51. Detta beror på det ökade behovet av värme och el. Detta resulterade i att kostanden ökade med ca 90 % per kvadratmeter. Om det antas att det odlas en skörd extra av mikroplantor vid året om odling för båda fall TallMikro och fall MikroMikro ökar energianvändningen per odlad planta för både referensväxthuset och det energieffektiva växthuset. Vid odling året om ökar primärenergianvändningen med ca 85 % per odlad planta för referensväxthuset.
Energianvändningen för det energieffektiva växthuset ökar med ca 65 % per odlad planta jämfört med odling mellan vecka 12-49. För antal plantor, se kapitel 1.11 om Svenska Skogsplantor AB samt dess behov av energieffektivisering. Slutsatsen av detta blir att odling året om inte lönar sig eftersom värmen och elen är dyr.
4.3 Ljus och belysning
När behovet av ljus till plantorna ökade från referensvärdet till ett behov enligt kapitel 3.3.4 behov av ljus till plantor, ökar primärenergianvändningen med ca 80 %. Detta eftersom elanvändningen ökar med 179 kWh/m2, se tabell 18 och figur 44. En konstruktion med god ljusinstrålning blir viktig då plantan har högt ljusbehov.
Det var inte effektivt att isolera hela växthuset för att minska behovet av termisk energi, se figur 43. Detta eftersom behovet av el blev stort då tilläggsbelysningen behövdes under hela odlingsåret. Elen är den energikälla som har högst PEF, kostnad samt utsläpp jämfört med värme och kyla, se tabell 6-8. Slutsats är att det är viktigt att ha en god solinstrålning till plantorna för att reducera behovet av tilläggsbelysning och därigenom minska elanvändningen.
4.4 Vävar
Installation av vävar för väggar och tak visa sig sänka primärenergianvändningen för referensväxthuset i det studerade fallet då skuggväv samt nattväv fanns att tillgå. Detta på grund
68 av att luften inte kommer i direktkontakt med det kalla glaset vilket styrks av SLU (2013), Jordbruksverket (2008) och Taki et. al (2016). Att enbart ha en väv på växthusets norra sida minskade värmeenergin med 3 % vilket beror på att norrväggen har en förhållandevis liten yta jämfört med resterande väggar plus taket, se tabell 19 och figur 45. Att ha väv i hela växthuset minskade värmeanvändningen med ca 35 %. Vid storskaliga växthus kan slutsatsen dras om att vid stora areor som tak är det viktigt att ha en god isoleringsförmåga men att detta inte får minska ljusinsläppet till plantorna.
4.5 Reglering temperaturspann
Regleringen för när värme och kyla ska tillföras spelade en avgörande roll för energianvändningen, se tabell 20 och figur 46. Temperatur har en inverkan på plantas tillväxt och om temperaturen varierar under eller över den optimala kan en lägre tillväxt fås. Det går därför inte att variera denna faktor allt för mycket i studien. Att öka spannet för godkänd temperatur till +/-5 ºC minskar total primärenergianvändningen med ca 30 % jämfört med att ha ett temperaturspann på +3/-2 ºC. Att ha ett strängare temperaturspann på +/-1 ºC visar sig öka primärenergiförbrukningen med 12 %. Slutresonemanget från detta kan dras att det är önskvärt med det stort temperaturspann för att minska primärenergianvändningen men att hänsyn måste tas till plantans tillväxt och behov. Det visade sig att detta resonemang även gäller för det effektiva växthuset, se tabell 25 och figur 48.
4.6 Studier med mindre påverkan
Många studerade faktorer som inte påverkade resultatet har valts att inte redovisas i denna rapport. Saker som hade in mindre inverkan på resultatet var tillexempel takets lutning samt orientering av växthuset. I beräkningarna antas taket vara platt vilket inte stämmer överens med verkligheten. I resultatet kap 3.3.8, analys av faktorer med liten påverkan för resultatet, visade det sig att om lutningen på hela taket antogs vara 25º åt öst eller väst påverkade inte resultatet.
Det beror på att andelen sol som träffar takytan fortfarande är stor vid denna vinkel.
Orienteringen av växthuset påverkade primärenergieffektiviteten mindre än 5 %. Detta på grund av att strålning till växthuset är god för att uppfylla behovet.
4.7 Takhöjdens inverkan
Höjden har inverkan på energieffektiviteten för referensväxthuset, se figur 40-42. En minskad höjd leder till totalt mindre primärenergianvändning som beror på att det är mindre väggyta i förhållande till odlingsyta. Detta innebär att när väggarean är mindre i förhållande till golvarean är det mindre ytor som värmen kan transporteras ut från ur växthuset. Detta gör att primärenergianvändningen minskas med lägre takhöjd. När det energieffektiva växthuset studerats visade det sig att höjden inte har lika stor påverkan på energianvändningen då väggarna är isolerade. En högre vägg kunde i det energieffektiva växthuset minska kostnaden på grund av att väggen absorberade värme från solen som sedan kunna användas i växthuset
69 under kvällen och natten. Det visade sig att instrålningen av ljus spelade en avgörande roll. Om takhöjden ökade och upptog mer värme kunde kostanden minska men om väggarna då skuggade större ytor i växthuset medförde det istället en högre kostnad. Detta på grund av att tilläggsbelysning behövdes nyttjas mer se tabell 25 och 26. Slutsatsen är att instrålningen av sol har en större påverkade faktor än takhöjden då väggarna är isolerade. Då väggarna inte är isolerade och strålning inte är begränsad har takhöjden har en större inverkan på primärenergianvändningen.
4.8 Förändring av golvets area.
Enligt figur 37 minskar primärenergianvändningen om golvets area ökar. Det trots att kylbehovet ökade men eftersom värmebehovet minskade medförde det till en total minskad primärenergianvändning. Från figur 37 går det att avläsa att golvarean har störst påverkan vid mindre ytor. Ytor som är större än 15 000 m2 spelar golvets area en mindre roll för primärenergianvändningen. Slutsatsen kan således dras om att golvarean har en större inverkan på små växthuskonstruktioner. Efter att det energieffektiva växthuset studerades visade det sig att golvets area inte hade någon påverkan i detta fall då väggarna var isolerade. Detta eftersom att väggarna inte släpper ut så stor andel värmeenergi i förhållande till golvytan.
När växthusets storlek dimensioneras är det viktigt att se över vilka material konstruktionen består av. Om det är till största del oisolerade väggar ökar energieffektiviteten med större golvyta. Det är dock viktigt att växthusodlare använder alla yta vid odling annars lönar sig det inte att öka storleken på växthuset.
4.9 Värmeövergångstal
Ett konstant värde användes för värmeövergångstalet för väggar, tak och torvyta. Enligt figur 47 har värmeövergångstalet en påverkan för energianvändningen på väggarna och taket. Det på grund av att det påverkar hur snabbt ytorna överför värme till omgivningen. Ett högre värmeövergångstal indikerar på ett större konvektionsflöde och medför en högre primärenergianvändning. Värmeövergångstalet hade en liten påverkan på resultatet för torvytan. Detta beror på att temperaturskillnaderna är liten mellan torvytan och luften. Då vägarna har god isoleringsförmåga medför det att värmeövergångstalet blir lägre eftersom temperaturskillnaderna mellan luften och ytan är mindre. Det energieffektiva växthuset har ett lägre U-värde vilket medför ett lägre värmeövergångstal som förbättrar effektiviteten hos växthuset. Att värmeövergångstalet antogs konstant i beräkningarna är en felkälla eftersom det påverkas av temperaturen och har en påverkan på resultatet. Från figur 47 påvisas det att energianvändningen av värme minskar med 50 % om värmeövergångstalet antogs enligt tabell 21, värmeövergångstal 1 till skillnad från värdena för värmeövergångstal 3. Slutsatsen blir att det är viktigt att ha ett värmeövergångstal som är korrekt för det studerade fallet. Det är också önskvärt att minska värmeövergångstalet för att energieffektivisera växthuset.
70 4.10 Fasadmaterial
Från figur 43 påvisades att val av fasadmaterialet spelade en avgörande roll för primärenergianvändningen. Ett fasadmaterial med lågt U-värde har en bättre isoleringsförmåga och minskade energianvändningen av värme. Det var lönsamt att ha ett material med god ljusgenomsläpplighet samt ett lågt U-värde. Att ändra fasadmaterialet från enkelglas 4 mm till polykarbonat 16 mm reducerade kostnaden med 15 kr/m2. Ett lågt U-värde för taket är viktigt då energioptimering av storskaliga växthus görs vilket styrks av SLU (2013).
Detta eftersom största ytan i växthuset är taket, dock är det också viktigt att tänka på ljusgenomsläppligheten för taket. Mycket värmeenergi kan minskas genom att använda fasadmaterial med lågt U-värme vilket sänker primärenergianvändningen.
4.11 Reglering av ventilation
I dagens växthus reglera Svenska Skogsplantor AB ventilationen efter temperaturen inne i växthuset. Detta visade sig i beräkningarna att fukthalten inne i växthuset har svårare att ligga på önskad nivå vid temperaturreglering av ventilation, se figur 30 och 31. Det studerades hur den relativa fuktigheten i växthuset påverkades av att ventilationen reglerades efter både temperatur och fukthalt men då temperaturdifferensen nästan alltid är högre än fuktdifferensen förutom en kort period på hösten hade den relativa fuktigheten svårt att nå önskad nivå.
Ventilationen valdes därför att regleras efter fukthalten i samtliga fall förutom i bågväxthuset.
Detta för att lättare kunna eftersträva att hålla en optimal fukthalt inne i växthusen, se figur 34-35. Att styra ventilationen inne i växthuset efter fuktigheten minskade den totala primärenergianvändningen med 3 % vilket beror på att mindre värme behöver tillföras.
Slutresonemanget av detta blir att klimatet inne i växthuset lättare når önskad nivå av att ventilationen styrs efter fuktigheten men att primärenergianvändningen knappast påverkas av val av reglering.
4.12 Energieffektivt växthus
Efter att ha studerat påverkade faktorerna för att bygga ett energieffektivt växthus går det att konstatera att behovet av värmen bör minskas samtidigt som en god instrålning erhålls till plantorna. Detta för att hålla ett lågt elbehov. För att bygga ett energieffektivt växthus ersattes glastaket mot ett annat glas med lågt U-värde som hade god ljusgenomsläpplighet och väggarna isolerades. De nya materialen i det energieffektiva växthuset har en bättre isoleringsförmåga och där igenom minskar även värmeövergångstalet. För att minska energibehovet ytterligare reglerades temperaturspannet i växthuset till +/- 5 °C. Från figur 48 går det att se att den totala primärenergin i växthuset minskade med cirka 70 % för fall TallMikro och fall MikroMikro jämfört med referensväxthuset. Det gynnar sig energimässigt att isolera så stora delar som möjligt av växthuset till dess att det inte missgynnar solstrålningen, se tabell 25 och 26. Vid det läget då isoleringen börjar skugga ljuset till plantorna och extra tilläggsbelysning behöver tillföras ökar behovet av energi. Från tabell 25 och 26, ökar primärenergianvändningen då instrålningen från solen minskar med 5 %. Hur isolerade väggarna bör vara blir en
71 kostnadsfråga. Att isolera väggarna så mycket som möjligt minskar primärenergianvändningen men samtidigt ökar investeringskostnaden.
72