2.3 De energie- en vochtbalans van de kas
- Alexander Boedijn
- Arie van der Graaf
De energiebalans
Er is een eenvoudige regel die altijd opgaat: de Wet van Behoud van Energie. Energie kan onderling worden uitgewisseld door straling of convectie. Het kan worden gebruikt voor opwarming of voor verdamping. Maar energie kan nooit spontaan ontstaan of verdwijnen. Dat maakt het rekenen aan de energiebalans weer overzichtelijk: alle energiestromen moeten bij elkaar opgeteld precies nul opleveren. Dat geldt niet alleen voor technische elementen als een verwarmingsbuis of een assimilatielamp, maar ook voor een plant of een deel daarvan, zoals een blad.
Overdag zorgt de zon voor verreweg de meeste energietoevoer in de vorm van straling. Een groot deel van de straling die door het gewas wordt opgevangen, wordt omgezet in verdamping. Omdat de verdampingswarmte van water zo enorm hoog is, namelijk circa 2500 kJ/kg, is dit een krachtige manier van koeling. Door de instraling warmt verder de kasconstructie, de bodem en het gewas op. Door contact met de kaslucht (convectie) zal deze vervolgens ook in temperatuur stijgen. Door convectie geeft het kasdek weer energie af aan de buitenlucht, maar er is ook transport door ventilatie via de luchtramen. De lucht die zo uit de kas verdwijnt bevat zowel voelbare als latente warmte.
De energie die door de zon in de kas wordt gebracht moet weer worden afgevoerd door uitwisseling met buitenlucht met een lagere energie-inhoud dan de kaslucht.
Kijkend naar energieafvoer door ventilatie maakt de latente warmte vaak een groter deel uit van de energie-inhoud van de lucht dan de voelbare warmte. Een voorbeeld in getallen maakt dat duidelijk: Stel dat de kaslucht 23°C is en de buitenlucht 20°C. Stel dat de RV in de kas 70% is en de RV buiten is 50%. Het verschil in temperatuur is dus 3 graden en het verschil in absoluut vocht circa 5 gram/kg. Het verschil in voelbare energie is dan ongeveer 3 kJ/kg. Dit is namelijk het verschil in temperatuur maal de soortelijke warmte van lucht: circa 1 kJ/kg. Dus dat maakt 3*1 = 3. Het verschil in latente energie is echter het verschil in absoluut vocht in kg maal de verdampingswarmte van water die circa 2500 kJ/kg bedraagt. Dat maakt dus 0,005*2500= 12,5 kJ/kg , dus ruim vier maal zoveel. Het totale verschil in enthalpie is dan de som van beiden ≈ 15,5 kJ/kg. Dat betekent in praktische zin dat het vochtgehalte van de lucht een veel belangrijker rol speelt in de energiebalans dan de kasluchttemperatuur.
Om de energiebalans in evenwicht te brengen (en daarmee de kastemperatuur stabiel te houden), moeten we de energieafvoer gelijk maken aan de toevoer. Als we dit willen doen met ventilatie dan moet er een bepaald aantal kubieke meters kaslucht worden uitgewisseld tegen buitenlucht.
De vochtbalans
In de bovenstaande beschouwing is primair gekeken naar de energiebalans, waarbij de vochtbalans hiervan het gevolg was. Uiteraard is het ook een optie om separaat te kijken naar de vochtbalans. Energetisch gezien is er een aanzienlijk verschil in vochtafvoer door condensatie en door ventilatie. Bij ventilatie gaat een hoeveelheid energie verloren die overeenkomt met de geleverde verdampingsenergie, plus de warmte die nodig is om de buitenlucht op te warmen tot kastemperatuur. Zolang deze energie door de zon wordt geleverd is dit geen probleem. Als hiervoor moet worden gestookt is vochtbeheersing een flinke kostenpost. Bij condensatie wordt een (klein) deel van de latente warmte teruggewonnen, zodat er minder energie verloren gaat.
Bij de vochtbalans kijken we naar de aanvoer van vocht en de afvoer. De aanvoer komt meestal overeen met de gewasverdamping. De afvoer wordt gevormd door de combinatie van condensatie tegen het kasdek en de ventilatie.
Het is dus van belang om ten eerste niet meer vocht af te voeren dan nodig en nuttig is en ten tweede om dit bij voorkeur door condensatie te realiseren. Anderzijds moet er ook geen vocht ophopen in de kas. Of de vochtbalans van de kas in evenwicht is, kan goed worden afgelezen aan het verloop van de absolute vochtigheid van de kaslucht.
Het monitoren van het AV-verloop geeft aanvullende informatie over wat er in de kas gebeurt ten aanzien van vocht. Bij een stijgende AV is de verdamping hoger dan de afvoer. Dit zal normaal gesproken optreden bij toenemende instraling of door het inschakelen van lampen. Dit hoeft geen probleem te zijn zolang er geen condensatie op het gewas optreedt en zolang de RV niet te hoog wordt. Maar het kan wel een indicatie zijn dat er (preventieve) maatregelen nodig zijn om problemen te voorkomen, zoals vochtafvoeren door te ventileren. Bij afnemende AV wordt er kennelijk netto vocht afgevoerd en dat is een gunstig teken, met name in de nacht onder een gesloten energiescherm.
Het verloop van de absolute vochtinhoud AV van de kaslucht geeft goed weer of de vochtbalans in evenwicht is.