TE-01 Fremtidens matproduksjon - Inneklima og energibruk i vertikale veksthus

Motivasjon og relevans

FNs organisasjon for ernæring og landbruk (FAO) anslår at vi vil trenge 60 % mer mat i 2050, hovedsakelig grunnet befolkningsvekst. Samtidig er vi avhengige av at energiforbruk og klima­gass­utslipp knyttet til matproduksjon reduseres for å bidra til klimamålene. Mat­produksjon i veksthus (drivhus) gjør at vi kan oppnå ønsket inneklima hele året og dermed utvide sesongen for matproduksjon. Bruk av veksthus kan også bidra til økt matproduksjon i bynære områder hvor tilgangen på store jordbruksarealer er begrenset, som igjen vil redusere behovet for transport.

Bakgrunn

Et tiltak for å øke produksjonen i veksthus er å ta i bruk vertikal dyrking, der plantene dyrkes i høyden i flere lag. Vertikale veksthus bruker LED-lys og utnytter ikke energien fra sola. På grunn av dette kan dyrking kun i vertikale veksthus føre til høye strømkostnader og mye overskudds­varme fra belysningen. Et alternativ kan være et hybrid veksthus, som er en kombinasjon av et vertikalt veksthus og et tradisjonelt veksthus. På denne måten kan man utnytte overskuddsvarmen fra LED-lysene i vertikaldelen til å varme opp det tradisjonelle veksthuset, og dermed redusere kostnadene til oppvarming.

I dag finnes det svært få hybride veksthus i verden; ett av dem er Viken Gartneri på Frosta hvor det produseres salat og urter. Her brukes et vertikalt veksthus til produksjon av små­planter, som etter noen uker flyttes ut til det tradisjonelle veksthuset for videre vekst. En varmepumpe utnytter overskuddsvarmen fra det vertikale veksthuset til å varme opp det tradisjonelle veksthuset. I prosjektet HybriGrowth er målet å øke energieffektiviteten i det hybride veksthuset hos Viken Gartneri, blant annet ved undersøke bruk av termisk energi­lagring i kombinasjon med varmepumpen.

Oppgave

Et viktig argument for vertikal dyrking er at inneklimaet kan kontrolleres og man kan oppnå ideelle forhold for plantevekst. Det kan derimot være utfordringer knyttet til temperatur­stratifisering (høy temperatur langs taket), luftstrømning og høy fuktighet. Tidligere i prosjektet er det utviklet IDA ICE-modeller både for det vertikale veksthuset og for hele det hybride veksthuset, men disse har ikke modellert inneklimaet i detalj.

Sommerforsker­oppgaven går derfor ut på å bruke den nye klimamodellen i IDA ICE 5 til å modellere inneklimaet i det vertikale veksthuset hos Viken Gartneri. Det er aktuelt å se på plassering av LED-lys og terminaler for ventilasjonsluft. Målet er å undersøke hvordan temperatur og fuktighet varierer i ulike områder i veksthuset. Det kan også være aktuelt å se på distribusjon av CO₂ som brukes for økt plantevekst. Før sommeren vil det installeres sensorer for temperatur, fuktighet og CO₂ i det vertikale veksthuset for å kunne validere modellen.

Det er en fordel om arbeidet kan videreføres i en prosjekt- og masteroppgave.

Oppgaven består i å:

• Sette seg inn i hybride veksthus, spesifikt Viken Gartneri
• Sette seg inn i tidligere arbeid i prosjektet og de eksisterende modellene
• Bruke IDA ICE 5 og den nye klimamodellen til å modellere inneklimaet i det vertikale veksthuset
• Analysere måledata fra sensorene i det vertikale veksthuset
• Validere/justere modellen ved hjelp av måledataene

Oppgaven knyttes til prosjektet "HybriGrowth" ved SINTEF Energi.

Forutsetninger

Det er en fordel at sommerjobberen har kjennskap til (eller evne til å sette seg inn i):

• Modellering i IDA ICE (ikke nødvendig å ha brukt den nye klimamodellen)
• Inneklima og oppvarming/kjøling
• Dataanalyse og bruk av Excel/Python e.l.

Hovedveileder: August Brækken

Medveileder: Sigurd Sannan