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Maximierung des Indoor-Farming-Potenzials durch Kostenkontrolle dank genauer Messungen

Vertikale Indoor-Landwirtschaft
Justin Walsh_Vaisala
Justin Walsh
Business Development Engineer
Published: Jul 15, 2021

Controlled Environment Agriculture (CEA), einschließlich vertikaler Farmen, Containerfarmen, Aeroponik und Aquakultur, zieht Unternehmer*innen an, die die Nachfrage nach frischen, lokalen landwirtschaftlichen Produkten und die Möglichkeit erkennen, den sozialen Nutzen aus der lokalen Produktion zu  erbringen.

Die Expansion des CEA-Marktes ist eng mit den technologischen Fortschritten der Industrie verbunden. Verbesserungen bei Beleuchtung und Anlagenkonstruktion haben es Landwirt*innen und Gerätelieferant*innen ermöglicht, sich stärker auf Automatisierungen und Steuerungsstrategien zu konzentrieren. Es wurden viele Fortschritte gemacht, um Informationen aus dem Wachstumsprozess zu sammeln, um effizienter zu produzieren und diesen Vorgängen mehr Flexibilität zu verleihen. Infolgedessen hat die datengesteuerte Entwicklung den Markt geprägt und Hersteller*innen dabei geholfen, die Qualität und die Mengen zu liefern, um Gewinn zu erzielen. All dies führt zu einer Steigerung in der Lieferkette für lokale Händler*innen und Supermärkte, um die Nachfrage lokaler Käufer*innen zu befriedigen, die lokale Produzent*innen unterstützen möchten. Dies kommt zu einem günstigen Zeitpunkt, da die Anpassungsfähigkeit dieser kritischen Ressourcen im Rampenlicht steht.

Wichtige Bausteine moderner Nutzpflanzenproduktionstechnik stellen die Sensormessungen dar, die die nötigen Informationen liefern, um intelligente Steuerungsentscheidungen zu treffen. Die Daten dieser Sensoren werden genutzt, um die Bedingungen zwischen dem Anbauraum und der Umgebung auszugleichen. Dies trägt zur Optimierung von Ressourcen, zur Automatisierung und zur Reduzierung des Arbeitsaufwands eines Betriebs bei. All dies ermöglicht eine genauere Kostenkontrolle, was diesen Sensormessungen eine große Verantwortung auferlegt.

Rolle von CO2 in CEA-Steuerungen

Zu den Ressourcen, die bei der CEA-Produktion verwendet werden, gehört die Anreicherung von  CO-Gas, die die Photosynthese anregt und einem geschlossenen Anbauraum zugeführt werden muss. Die Kosten und die Umweltauswirkungen des Gases sind bekannt, daher sind genaue Messungen zur Steuerung der Zufuhr von entscheidender Bedeutung. Herausforderungen für CO2-Sensoren  sind die Genauigkeit, Stabilität und der Messbereich dieser Sensoren, wodurch die Sensorauswahl enorm wichtig ist. CO-Sensoren  für CEA können keine Software-Shortcuts verwenden, um die Genauigkeit zu gewährleisten, und sie müssen einen hohen Feuchtegehalt und Temperaturschwankungen ausgleichen. Dies ist für viele technisch einfache Optionen auf dem Markt nicht möglich.

Vaisala konzentriert sich mit seiner CARBOCAP Technologie seit den 1990er Jahren auf CO2-Messungen  für  Industrieanwendungen.  Diese Bemühungen haben zu der stabilsten und effektivsten Sensortechnik für landwirtschaftliche Umgebungen geführt. Messgeräte unserer GMW90 Serie und GMP252 Sonden sind die ideale Wahl für den CEA-Einsatz, da sie hohe Genauigkeit bei niedrigen Gesamtbetriebskosten bieten. Portable Geräte wie unser GM70 ermöglichen präzise und gezielte Messungen an jedem Regal, jeder Pflanze und jedem  Blatt.

Feuchtesteuerungen zur Optimierung des Dampfdruckdefizits

Wenn es um Feuchte und Temperatur des Anbauraums geht, haben beide Variablen unterschiedliche Auswirkungen und optimale Bereiche für jede Pflanzenart. Die Zuverlässigkeit, Langzeitstabilität und Genauigkeit der Feuchte- und Temperaturmessungen von Vaisala Sonden wie der HMP110 tragen dazu bei, unerwünschte Kondensation zu verhindern und Krankheiten zu widerstehen. Der Wartungsaufwand ist gering.

Während die Feuchtebeziehungen weithin erfasst wurden, hat der weniger bekannte Parameter des Dampfdruckdefizits einen viel direkteren Einfluss auf das Wachstumspotenzial einer Pflanze. Das Dampfdruckdefizit in einer Anbauumgebung ist das Verhältnis zwischen dem Feuchtegehalt der Luft und der Feuchte, die die Luft aufnehmen kann, wenn sie vollständig gesättigt ist. Dieser Unterschied hängt dann mit der Lufttemperatur und der Blatttemperatur der Pflanze zusammen. Die Analyse dieser Variablen sowohl für größere Anbauräume als auch für die Luft an der Pflanzengrenzschicht oder dem Blattdach bestimmt, wie stark die Umgebungsluft Wasser und Luft durch die Pflanze ziehen  kann.

Das Dampfdruckdefizit beeinflusst direkt die Transpirationsraten der Pflanzen und wie sie Wasser und Nährstoffe durch sich selbst transportieren. Diese Transpirationsrate beeinflusst dann die Wasserverbrauchsraten, die Düngemittelmengen und die HLK-Energie, die benötigt werden, um relative Feuchte und Temperatur in der Umgebungsluft zu steuern. Alle diese Effekte stehen in direktem Zusammenhang mit den Betriebskosten sowie den potenziellen Mengen und der Qualität der Produkte selbst.

Um das Dampfdruckdefizit zu berechnen, müssen wir die Differenz zwischen dem gesättigten Dampfdruck der Pflanzen (den wir wissen können, wenn wir die Temperatur des Blattes kennen) und dem Dampfdruck der Luft (VPsat – VPair) vergleichen.

Um VPsat zu erhalten, müssen wir die Temperatur der gesättigten Umgebung kennen, in diesem Fall das Blatt der Pflanze. Dies können wir mit einer Infrarot-Temperaturpistole messen.

Die Formel für VPsat (in Kilopascal kPa) lautet:

Image
Saturated Vapor Pressure

 

Wobei T die Blatttemperatur in Celsius ist

Um VPair zu erhalten, müssen wir die Temperatur und Feuchte der Luft kennen, die zusammen als relative Feuchte bekannt sind. Dies können wir mit Feuchte- und Temperatursensoren im Anbauraum messen.

Die Formel für VPair (in Kilopascal kPa) lautet:

Image
Vapor Pressure of the air

 

Wobei T die Lufttemperatur in Celsius und rF die relative Feuchte ist

Um das Dampfdruckdefizit zu erhalten, müssen wir den tatsächlichen Dampfdruck der Luft vom gesättigten Dampfdruck abziehen. Dampfdruckdefizit = (VPsat − VPair).

Das ideale Dampfdruckdefizit sowohl für Pflanzen als auch für die HLK-Effizienz ist ein viel engerer Bereich, als Sie vielleicht vermuten, wobei der Unterschied zwischen günstigen und ungünstigen Bedingungen nur wenige %rF und Bruchteile eines Grads an Temperatur beträgt. Wenn Sie sich für genauere und stabilere Sensoren entscheiden, um diese Werte zu liefern, können Sie Qualität und Betriebskosten langfristig effektiver kontrollieren. Vaisala Sensoren bieten die Leistung, um diese Anforderungen zu erfüllen.

Hochwertige Sensoren und Steuerungen sind die Zukunft von CEA

Reale Anwendungsfälle stellen ebenfalls einen wichtigen Baustein für sich entwickelnde Industrien dar, damit Technologien und Techniken praxisnah entwickelt und erfolgreiche Verfahren geteilt werden können. Hier stehen Kunden wie Fifth Season Fresh und Damatex im Vordergrund, da sie den Wert zuverlässiger und genauer Sensordaten zur Optimierung ihrer Automatisierungstechnik unter Beweis stellen. Sie tragen dazu bei, CEA und vertikale Landwirtschaft zugänglicher und rentabler zu gestalten, und die gesellschaftlichen Vorteile sauberer, frischer, lokaler Nahrungsquellen hervorzuheben. Wir bei Vaisala freuen uns, diese transformative Anwendung zu unterstützen.

Sie möchten mehr über effizientes Indoor-Farming erfahren? Erfahren Sie mehr in unserem Webinar zum Thema „Indoor-Farming-Technologie: Konstantes Wachstum durch zuverlässige Messung“, in dem wir auch Sensorüberlegungen für CEA besprechen.

Wie misst man Kohlendioxid?

CO2 ist ein farb- und geruchloses Gas, das sich in Wasser auflöst und die Blasen in kohlensäurehaltigen Getränken bildet. Es ist aber auch ein Treibhausgas sowie ein Nebenprodukt in Verbrennungsreaktionen und befindet sich in der Luft, die wir ausatmen. CO...

Comment

ChrisFub

Jul 20, 2021
Really like your stuff, thanks for sharing

Justin Walsh

Jul 28, 2021
Thank you, Chris.
Much appreciated, and I hope you'll join us for the webinar (or download afterward).

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