Technik Fragenkatalog an der Beuth Hochschule für Technik

• Umwandlung von 29,5% der Energie in Licht  einer SON-T Lampe (Natriumhochdruckdampflampe)
  • vergleichsweise viel
• hohe Strahlungsausbeute von 130 bis 150 lm/W (höchste Lichtausbeute unter Gasentladungslampen)
• geeignete Spektralverteilung für große Zahl von Kulturen
• geringe Baugröße
• lange Lebensdauer von 12000 bis 16000 Stunden
• gleichmäßiger Strahlungsfluss
• In Verbindung mit geeigneten Leuchtentypen können hohe Bestrahlungsstärken oder Beleuchtungsstärken erzielt werden

• Viel Wärmeabgabe in Strahlungsrichtung, somit Abstand zur Kultur bei Lampen mit mehr als 250W min. 80cm
• Zugabe von bestimmten Gasen (meist Xenon) kann Farbwiedergabe verbessert, Blaulichtanteil erhöht und somit Streckungswachstum verringert werden (v.a. im Zierpflanzenbau von Bedeutung)
• Großteil der Strahlung im gelben bis roten Bereich, was nicht optimal für viele Pflanzen ist, da es nur teilweise den Absorptionseigenschaften von Pflanzen entspricht, aber trotzdem für vielw Pflanzen geeignet/ als guter Kompromiss angesehen
• Erhältlich in Leistungen von 35W bis 1000W, für Pflanzenbelichtung werden meist Lampen mit Leistungen von 400W bis 600W verwendet

• geringe Leistung der Einzellampe
• große Abmessungen ( Beschattung der Pflanze am Tag)
• nur bis 80W bei einer Lichtstromausbeute von 70lm/W bis 100lm/W verfügbar
• Werden stattdessen als Arbeitsplatzbeleuchtung oder in Kunstlichträumen mit geringen Aufhänghöhen verwendet

• Um Problemen der Netzüberlastung bei Leuchten mit hoher Leistung (600 W +) aus dem Weg zu gehen
  • Im Gegensatz zu 230V Armaturen, welche zwischen Phase und Nulleiter angeschlossen werden, werden 400V Leuchten jeweils zwischen zwei Phasen angeschlossen.
  • Somit wird ausgeschlossen, dass der Nulleiter überlastet wird
• Durch erhöhte Lampenspannung der 400V Lampen steigt die Strahlungsleistung. Bei gleicher Leistungsaufnahme steigt die pflanzenwirksame Strahlung
  • erhöhte Strahlungsleistung im photosynthetisch aktiven Bereich durch erhöhten Rotanteil im Spektrum
  • 48% der PAR Strahlung im gelb-roten Bereich bei 400V
    • bei 230V nur etwa 38%
  • Umrechnungsfaktor für 400V Natriumhochdruckdampflampen steigt von etwa 12 µmol/m²s pro klx auf 13 µmol/m²s pro klx;
    • daher steht den Pflanzen durch den 400V Betrieb mehr photosynthetisch aktive Strahlung zur Verfügung als im 230V Bereich

• 600 W Natriumhochdruckdampflampen sinnvoll
  • wenn Aufhänghöhe mehr als 1,80m über dem Pflanzenbestand beträgt
  • die Beleuchtungsstärke im Bestand deutlich über 3500Lux leigen soll
    
  • insbesondere in Schnittblumenbetrieben und GWHs mit hohen Stehwänden
• Unter 1,50m sind diese nicht geeignet
  • da die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung schlechter wird
    
  • Partiell sehr hohe Bestrahlungsstärken, welche für eine Reihe von Pflanzen problematisch werden können
    • hier können breitstrahlende Reflektoren den Beleuchtungsstärke Gradienten verringern, haben jedoch bei mittleren Aufhänghöhen einen schlechteren Wirkungsgrad als tief strahlende Reflektoren

Entscheidung für 600 W  Lampe abhängig von Zielsetzung

Kriterien:

• Erhöhung der Beleuchtungsstärke im Bestand (6-8% mehr als 400W)
• Ersatz vorhandener Leuchten oder Installation einer neuen Anlage
• Art des Pflanzenbestands
• betriebliche Möglichkeiten
• technische Notwendigkeit
• realisierbare Aufhänghöhe
• Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung

• Strahlungsspektren können für bestimmte Belichtunngszwecke unterschiedlich gestaltet werden und somit kann Energie eingespart werden
• Vielfältigkeit der möglichen Strahlungsspektren der Leuchten
  • Strahlungsspekten können pflanzenartspezifisch oder auch sortenabhängig sein
  • Dämmerphasen Simulation möglich (Dimmen der LEDs)
  • kaum Wärmeabgabe nach unten/ Richtung Pflanze, somit tiefere Aufhänghöhen möglich (Wärme von Elektronik ähnlich Natriumdampf)
• Beleuchtung der ganzen Pflanze möglich, da näher an Pflanze herangebracht werden kann
• Pflanzenphysiologische Steuerungsmöglichkeiten durch die Variation in der Spektralverteilung sind für die Zukunft denkbar.
• Strahlungsausbeute ähnlich hoch der Natriumhochdruckdampflampe

• Dicht über dem Pflanzenbestand anbringbar
• kaum Wärmeabgabe nach unten/ in Pflanzenrichtung/ Leuchtrichtung
• Pflanzenphysiologische Steuerungsmöglichkeiten durch Variation/ Einstellungsmöglichkeiten in Spektralverteilung
• teilweise geringere Energiekosten, da für Beleuchtungszweck anpassbar
• Dimmbar

• Für Assimilationsbelichtung hoher Investitionsbedarf.
• Lichtverteilung nicht immer ideal, Schattenwirkung bei engen Leuchtenabständen.
• Energieeinsparung möglich, aber nicht immer gegeben.
• Hohe Investitionskosten.

• Lichtverteilung (günstige Lichtverteilung durch Überlappung der Lichtkegel)
• Aufhänghöhe
• Art der Lampe (z.B. 600 W NHD Lampen ungeeignet für Aufhänghöhe unter 1,5m, da sonst Gleichmäßgikeit der Ausleuchtung schlechter wird)
• Auswahl der Leuchte mit
• Art des Reflektors
• Position des Pflanzenbestands und der Lampen (in Bezug auf Umgebung und Tageslichteinfall)
• Wartung und Kontrolle
  • Wackelkontakte
  • EVG kann Fehler erkennen (mit Alarmsignal möglich)
  • Gruppenweiser Austausch um gleichmäßige Lichtverteilung zu erhalten überlegenswert, da meist gleiches Alter
• Alter und Lebensdauer der Lampen (Am Ende der Lebensdauer gehen diese nach einiger Zeit aus und schalten sich nach Abkühlung wieder ein, "Cycling")
• Kompatibilität/ Abstimmung der Komponenten
• Installierte elektrische Leistung
  • 600 W Lampe gegenüber 400 W Lampe 6-8% höhere Strahlungsausbeute
• Leistungsstärke
• Eigenschaften des Kulturraums (Oberflächenreflektion)
• Art des Pflanzenbestandes (Beschattung)

• Steile Pumpenkennlinien weisen bei einer großen Veränderung des Durchflusswiderstands im Rohrnetz eine verhältnismäßig kleine Änderung des Volumenstroms auf
• Bei flachen Pumpenkennlinien bewirkt eine große Veränderung des Durchflusswiderstands im Rohrnetz eine große Veränderung des Volumenstroms
• Soll der Volumenstrom für den Wärmetransport in einem Heizsystem beim Hinzuoder Abschalten verschiedener Heizkreisläufe möglichst konstant bleiben, so ist eine steilere Pumpenkennlinie zu wählen
• In Bewässerungssystemen wünscht man sich, dass beim Hinzu- oder Abschalten verschiedener Bewässerungskreise der Volumenstrom entsprechend variiert. Daher sind in diesem Fall Pumpen mit flacheren Pumpenkennlinien besser geeignet

• Werden zwei identischen Pumpen mit gleichen Kennlinien hintereinander geschaltet, resultiert die Kennlinie durch Addition der Förderhöhen bei gleichbleibendem Volumenstrom.
  • Fügt man eine Rohrnetzkennlinie in das Diagramm, wird deutlich dass bei Hintereinanderschaltung die Förderhöhe stärker erhöht wird als der Volumenstrom
• Werden zwei identische Pumpen parallel geschaltet, ergibt sich daraus resultierende Kennlinie durch Addition der Volumenströme bei gleichen Förderhöhen

• In den Rohren ist der Druckverlust abhängig vom
  • Querschnitt (großer Rohrdurchmesser -> Mehrkosten; kleiner -> höhere Pumpenleistung notwendig)
  • der Länge des Rohres (steigt linear mit steigender länge)
  • der Reibung des Fördermediums an den Wänden
  • sowie vom dynamischen Druck ("Staudruck")
  • Strömungsgeschwindigeit (Quadratisch)
  • Art der Strömung (laminar gering,turbolente höher)
  • Volumenstrom
• Rohrreibungszahl λ  abhängig von
  • Art der Strömung
  • Fließgeschwindigkeit (wenn höher, entsteht turbolente Strömung)
  • Eigenschaften des Rohres (z.B. Material, Rauigkeit)

• kleiner Volumenstrom (Δp nimmt bei Steigerung exponentiell zu)
• geringe Rohrlänge (Δp steigt linear)
• geringe Strömungsgeschwindigkeit ("Δp  steigt linear mit dem Quadrat an")
• glattes Rohr (geringe Reibung des Mediums an den Wänden)
• Druckverlust Richtwert 1mbar/m
• laminare Strömung (geringere Reibung)
• angepasster Rohrdurchmesser
  • zu groß -> Mehrkosten
  • zu klein -> höhere Pumpenleistung (steigender Energiebedarf und Investitionskosten)

• cos φ  wird als Leistungsfaktor bezeichnet (cos da sinusförmiger Verlauf von U und I auf Kreisfunktion beruht)
• Gibt Verhältnis zwischen tatsächlicher Wirkleistung und Scheinleistung an.
  • cos φ =P/S
•  Im Elektromotor ist cos ϕ immer < 1, da eine Induktivität gegeben ist. 
• 
  
• Der Phasenverschiebungswinkel φ gibt die zeitliche Verschiebung zwischen Strom und Spannung an.
• Diese können aufgrund von kapazitiven und induktiven Widerständen nicht immer in der gleichen Phase liegen, somit entsprechen U und I Werte dann nicht mehr den Effektivwerten
• An einigen Stellen im sinusförmigen Verlauf negative Werte der Leistung, da U und I mit unterschiedlichen Vorzeichen multipliziert werden.
  • Diese können von einer Maschine/ Gerät nicht aufgenommen werden und verbleibt als sogenannte Blindleistung ungenutzt im Netzt
• Phasenverschiebungswinkel φ  muss daher in Wechselstromkreisen zur Berechnung der Leistung berücksichtigt werden