Aquatop

1

Aquatop

Openbaar eindrapport Samenvatting

Smartdek en Energypool Dynamische Thermische en Optische eigenschappen

Datum: 8 juni 2012 Versie: Aquatop.eindrapport openbaar.samenvatting.2012.vs1a

Partners: TNO, Kema, Ideeuwes en Bosvariant Samenwerking: Ingepro, DLO Projectnummer: EOSLT 06033 Projectperiode: 2008 - 2011 Subsidiegever: Agentschap NL

Aquatop

2

Partners: TNO Bouw en Ondergrond Egon Janssen, Jan Ruigrok, Aike Wypkema, Elmer Rietveld DNV Kema Energy % Sustainability Bart in ’t Groen, Frank Rasing Ideeuwes Innovatie in de praktijk Theo Eeuwes Bosvariant ScheppingsStrategen Willem Bos In samenwerking met: DLV Plant Dave van Marwijk, Helma Verberkt (t/m 2010) Ingepro Anthony Verschoor Het project is uitgevoerd met subsidie van het Ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie, regeling EOS: Lange Termijn uitgevoerd door Agentschap NL

Aquatop

3

1.0 Inleiding en samenvatting

Aquatop is een innovatief kassysteem met een vloeibaar zonnescherm en duurzaam energieconcept.

Anders dan conventionele kassen die voorzien zijn van een schuine glaskap, zoals Venlo-kassen en

Breedkappers, wordt Aquatop gekenmerkt door een plat glasdak met flexibele waterfilm.

In Aquatop zijn twee belangrijke instrumenten, Smartdek en Energypool, met elkaar geïntegreerd tot

een innovatief kassysteem.

Smartdek is een vloeibaar scherm waarin bijna alle typen schermfuncties samengevoegd zijn tot één

flexibel regelbaar systeem. Lichtreductie, diffusering en infra-rood blocks behoren daartoe, maar ook

verduistering, lichtvervuiling en nachtkou-uitstraling. Het geheime wapen van Smartdek zijn speciale

additieven die naar gelang de schermfunctie ingebracht worden in de waterfilm op het kasdek. Lichte

stroming is voldoende om de additieven snel en flexibel hun werk te laten doen.

Energypool is een vloeibare energiedrager op het platte kasdek die thermische energie accumuleert,

transporteert en distribueert. In een stromende waterfilm worden winterse koude en zomerse warmte

buiten op het kasdek opgevangen en afgevoerd. De zonnewarmte geabsorbeerd door infragevoelige

additieven in het water, en de winterkou door uitwisseling met de koude buitenlucht. De koude wordt

opgeslagen in ondergrondse aquifiers die zomers in de kas ter koeling wordt ingebracht.

Naast een economisch belang voor de tuinders en het duurzame energieconcept heeft Aquatop ook

een ander belangrijk maatschappelijk voordeel. De waterfilm op het platte kasdek schept een geheel

nieuwe waterrijke wereld die tot een positieve landschappelijke beleving van kasgebieden kan leiden.

Op het dak wacht een waterrijk landschap voor wandelaars en fietsers die van kas naar kas worden

geleid met een nieuw kasdekbrug netwerk. Dubbel ruimtegebruik voor tuinder en burger.

Aquatop

4

2.0 Smartdek

Water als vloeibaar medium in het Smartdek is gunstig: laat groeilicht door, drager van additieven en

ruim voorhanden en goedkoop. Een dunne waterfilm van 10 mm absorbeert ook al éénderde van alle

warmtestraling. En glas met water laat circa 5 % méér PAR-licht door.

Zonstraling op aarde UV PAR NIR

golflengte < 400 Nm 400 – 700 Nm 700 – 800 Nm > 800 Nm

stralings energie 5 % 44 % 10 % 41 %

NB: Stuurlicht voor planten tussen 280 – 800 Nm

Additieven geven extra optische eigenschappen aan het water: diffusering, versterkte NIR-absorptie

en stuurlicht. Overgangsmetalen in zoutvorm absorberen NIR effectief. Metaalzout B scoort in het NIR

sterk, deels ten koste van rood PAR. Metaalzout A vangt NIR af, zonder veel PAR verlies. Belichten

met rood licht kan het verlies compenseren.

De toxische en/of niet stabiele additieven zijn veilig in te kapselen in transparante macro-deeltes die

ook doseerbaar en filtreerbaar zijn.

Dynamisch schakelen is een sterk selling point van het Smartdek dat traploos regelbaar is. In hoogte

van het waterpeil en concentratie van additieven zijn optische eigenschappen aan te passen.

Op het horizontale waterdek valt de zon met een scherpere hoek in dan bij de bekende zadeldak. De

grotere reflectie bij lage zonnestand wordt echter gecompenseerd door de grotere instraling vanwege

de gunstiger brekingsindex van water. Kunstmatige watergolfjes vergroten de instraling.

2.1 Water op het dek

In het Smartdek is water gekozen als vloeibaar medium. Water heeft een aantal gunstige kenmerken:

laat groeilicht door, goede drager van additieven, en ruim voorhanden en goedkoop.

Bij het onderzoek bleek dat water verder enkele positieve spectrale eigenschappen heeft: verhoging

van lichtdoorlaat (PAR) en absorbering van warmtestraling (NIR). Een dunne waterlaag, bijna slechts

een waterfilm, van 10 mm lijkt al optimaal om aan de verwachtingen te voldoen. Bij deze dikte ligt de

PAR transmissie circa 5 % hoger dan bij conventioneel glas. Het water zorgt ook voor absorptie van

alle warmtestraling boven 1400 Nm. Dat is ongeveer éénderde van alle NIR energie.

golflengte < 400 Nm 280 – 800 Nm 800 – 1400 Nm 1150 – 1400 Nm > 1400 Nm

materiaal glasruit additieven 10 mm water 10 mm water

absorptie 75 % gewenst: 0 % gewenst: 100 % 35 % 100 %

2.2 Additieven in water

Additieven geven aanvullende optische eigenschappen aan het Smartdek. Een palet aan additieven

staan in het Smartdek ter beschikking naar gelang de gewenste optische eigenschap.

Natuurlijke voedselkleurstoffen komen in aanmerking voor adaptie van het PAR-licht voor sturing van

de gewenste groeiwijze van planten.

Absorptie van overbodige warmtestraling kan het beste met twee typen overgangsmetalen. De beide

metaalzouten A en B vullen elkaar aan. Metaalzout B scoort beter in het NIR gebied, dat deels ten

koste gaat van het rode PAR gedeelte. Metaalzout A kan NIR afvangen zonder relevant PAR verlies,

echter stuurlicht UV-A wordt wel geabsorbeerd. Inkapseling van metaalzout A is voorwaarde om zorg

te dragen voor chemische stabiliteit die anders ten koste gaat van het PAR licht.

Aquatop

5

Voor diffuus licht komt een scala aan additieven in aanmerking. Van eenvoudige in water oplosbare

plakkaatverf en bezinkende kalkachtige stoffen tot massieve glasbolletjes en hydrogelbolletjes. Bij de

bolletjes regelt het waterniveau de diffusiteit.

Spectrale eigenschappen van kansrijke additieven

UV-selectief PAR-selectief NIR-selectief diffuserend golfverschuiving

Tuinbouwglas

IJzer Fe3+

voedselkleurstoffen metaalzouten

kalkachtige stoffen

glasbrokken

hydrogel bolletjes

witmakers

2x foton absorptie

Meer PAR licht is te genereren door spectrale verschuiving. Met fluoriscerende witmakers is UV naar

PAR licht om te zetten. Het veel grotere aandeel van NIR ook omzetten naar PAR verkeert nog in de

conceptuele idee fase.

Voor assimilatielicht afscherming kan groene algenmassa aangeboden worden die door haar donkere

kleur geschikt is. Ook schaduwgewas kan hiervan profiteren. Algen kunnen tevens dienen als tweede

teeltlaag die het plaatje rooskleuriger maakt.

2.3 Dynamische regulatie

Dynamisch schakelen is een belangrijk selling point van het Smartdek die traploze regelbaarheid kent.

Desgewenst is binnen tien tot vijftien minuten te schakelen naar nieuwe schermsituaties, door middel

van verandering van de hoeveelheid additieven. Toxische of niet stabiele additieven zijn ingekapseld

in macro-deeltjes die tevens goed filtreerbaar zijn.

transparante dragers beperkingen oplossingen

glasbrokken brekingsindex > water

sulfidevorming

AR behandeling,

kwartsglas met Fe verhoging

harsbolletjes brekingsindex > water

chemische reactie additief

ruwer oppervlak

pm

hydrogelbolletjes open structuur in water coating (gel-huidvormer)

Dynamische regulatie van additieven op het kasdek kan door verandering van het waterpeil of van de

concentratie aan additieven. Dat laatste kan via enkele gescheiden buffers met diverse concentraties

of via filtratie van macro-deeltjes. Terugwinbaarheid staat hierbij voorop.

Bij moleculaire stoffen en micro-deeltjes ligt wijziging van het waterpeil voor de hand. Met twee of drie

buffers met diverse concentraties is een brede range te bereiken. Te denken valt aan een opslag van

circa 100 m3 per hectare per buffer.

Een snelle diffuus/direkt schakeling kan met waterpeilvariatie bij glasbolletjes en hydrogelbolletjes die

op het dak blijven liggen. De variatie in waterhoogte geeft fijne regulatie. Bij hoog water direct licht, bij

lager water diffuser licht.

Macro-deeltjes zijn goed doseerbaar en filtreerbaar in een waterstroom. Glasbrokjes, harsbolletjes en

gecoate hydrogelbolletjes zijn dergelijke macro-deeltjes. Additieven zijn in deze “dragers” ingekapseld

zoals de metaalzouten A en B die veilig en stabiel afgeschermd zijn.

2.4 Stralingsenergie balans

Met water alleen op het dek is al 30 % van de NIR straling, ofwel 105 W/m2 op een zomerdag, buiten

de kas te houden. Extra warmte is af te vangen door additieven toe te voegen. De mate van absorptie

is afhankelijk van de hoeveelheid werkzame stoffen. Met enkele procenten metaalzout is circa 80 %

Aquatop

6

van de resterende NIR af te vangen. De totale NIR absorptie is dan 90 %, ofwel 300 tot 310 W/m2.

Ruim éénderde van de totale zonstraling is aldus op een zomerdag buiten de kas te houden.

Absorptie van water en additieven in %

golflengte energie

aandeel

water

10 mm

water + metaalzout A in kg/m2 water + metaalzout B in kg/m2

0,30 0,60 1,25 0,05 0,10 0,20

280 - 800 510 W/m2 0 16 28 37 8 12 17

> 800 350 W/m2 30 54 74 93 57 78 95

totaal 860 W/m2 12 31 46 60 28 38 48

De additieven van metaalzouten vangen echter ook een deel van het PAR licht op. Met extra belichten

is dit verlies te compenseren. Bij volledige compensatie over het gehele spectrum halveert de netto

stralingsreductie. Aan de randen van het PAR wordt echter het meeste licht onderschept. Dit stuurlicht

vraagt slechts om beperkte compensatie.

2.5 Lichtinstraling simulaties

De Aquatop kas heeft andere geometrische vormen dan de standaardkas dat om nieuw inzicht vraagt

in de instralingsmodellen. Hoekafhankelijke reflectie is een belangrijke parameter.

De dakvorm van de Venlo-kassen is om practische redenen vastgelegd op 21 graden. De Aquatopkas

is per definitie horizontaal dat gevolgen heeft voor de instraling. Vooral voor het directe licht.

Bij het platte dak van de Aquatop kas is de instralingshoek minder gunstig bij lage zonnestand. Aan de

andere kant zorgt het water op het dak voor geleidelijke verandering van de brekingsindex dat minder

licht reflecteert. Beide aspecten blijken elkaar te compenseren. Kleine waterrimpelingen verbeteren de

instraling nog iets.

In de winter laat de Venlo-kas enkele procenten meer licht door. In de zomer presteert de Aquatopkas

circa 5 % beter. Deze simulatie betreft de combinatie van direct en diffuus licht tesamen. In de winter

zal dit kleine verschil wel relevanter zijn vanwege het schaarse lichtaanbod. Bij extreme koude valt te

denken aan toevoeging van PAR neutraal anti-vries.

Instraling in kWh per m2 (direct en indirect samen)

Aarde Venlo-kas Aquatop kas

vlak water stationaire golven golf volgt zon

winter 9,37 138 % 6,80 100 % 6,51 96 % 7,02 103 % 7,11 105 %

voorjaar 17,55 132 % 13,35 100 % 13,11 98 % 13,77 103 % 14,15 106 %

zomer 56,38 131 % 43,15 100 % 44,37 103 % 45,61 106 % 46,53 108 %

najaar 13,84 133 % 10,43 100 % 10,27 99 % 10,74 103 % 10,93 105 %

totaal 97,14 132 % 73,73 100 % 74,26 101 % 77,14 105 % 78,72 107 %

winter: 4 mnd: nov – febr; voorjaar: 2 mnd: mrt – apr; zomer: 4 mnd: mei – aug; najaar: 2 mnd: sep - okt

Aquatop heeft echter de potentie in zich dat het lichtaanbod in de winter sterk te vergroten is. Door het

opwekken van een kunstmatig golfpatroon of trillingen van de waterspiegel. De lichtinstraling stijgt dan

met gemiddeld 7 % in de winter als het directe en diffuse licht tesamen genomen wordt.

De Aquatopkas laat in de winter dan circa 5 % meer licht door dan de Venlo-kas. Met het meedraaien

van het patroon met de zonrichting wordt in de winter nog iets extra licht geboekt.

Aquatop

7

3.0 Energypool

Doelstelling is om het klimaat in de kas op passieve wijze te sturen, en overtollige warmte of koude op

een later moment te gebruiken, zo veel mogelijk zonder warmtepomp. Jaarrond is voldoende energie

beschikbaar. De dunne waterlaag op het kasdek is de vloeibare energiedrager voor warmte en koude.

Water dat thermische energie accumuleert, transporteert en distribueert. Koude uit de winter wordt in

aquifers opgeslagen onder de bodem van de kas. En in de zomer in de kas ter koeling ingebracht. De

warmte uit de kas sluist terug naar de aquifer.

functie op de kas in de kas onder de kas

collector, buffer koude oogsten koude/warmte opslaan

radiator koude/warmte afgeven

reductor zonstraling afschermen

In de zomer bij sterke zonstraling wordt ook water op het dak gebracht met additieven die de warmte

absorberen. Ook water alleen vangt al ruim 30 % van de NIR-warmte op. Ook andere additieven zijn

toe te voegen die het licht sturen, of direct/diffuus schakeling geven.

Een continue waterlaag verdampt meer dan de regenval. Het water behoeft echter niet permanent op

het dak te staan. Halvering van verdamping kan door de tijd te beperken tot de oogst van koud water

én hoge warmtebelasting. En warm water van lagere temperatuur op het dak in te laten.

Het watersysteem (elektrische pomp) gebruikt bij goede configuratie in kWh niet meer dan 2 - 5 % van

de koude oogst energie.

3.1 Zomersituatie

In de zomersituatie wordt koude die is ingevangen in de winter en opgeslagen in de bodem, direct in

de kas ingebracht. Het koude water is binnen de kas het meest effectief. Op het kasdek ingestroomd

zou deze koude energie grotendeels aan de buitenlucht afgegeven zijn en verloren gaan.

Het aldus binnen de kas opgewarmde retourwater wordt weer ingebracht in de aquifer. De ingangs-

temperatuur is circa 10 tot 15 graden, en de uitgangstemperatuur circa 20 tot 25 graden.

De warmtelast in de zomer van circa 750 kWh/m2 kan voor ongeveer tweederde zo gekoeld worden.

systeem winter zomer

collector (oogsten) stromend water op kasdek

radiator (afgifte) warm waterafgifte in kas koud waterafgifte in kas

reductor water met additieven op kasdek

buffer (aquifer) koud water opslag warm water opslag

Aquatop

8

Winning van warmte op het kasdek blijkt niet voldoende efficiënt te zijn. Het water is niet warmer dan

gemiddeld 18 graden, met uitschieters naar 30 graden. Na bodemopslag dalen de temperaturen nog

enkele graden. Te laag dus om de kas in de winter zonder warmtepomp te verwarmen.

In de zomer bij sterke zonstraling wordt water op het dak gebracht met additieven die de NIR-warmte

absorberen. Uitgangspunt is afscherming bij een instralingsbelasting boven 700 W/m2. PM

Jaarrond kan de warmtelast van 900 kWh/m2 met 200 kWh/m2 verminderen, ofwel ruim 20 % van de

toale warmtelast.

zomer winter

van Aquifer koud

7 graden

Aquifer warm

23 graden

via

Kasvloer

van 7 naar 23 graden

warmtepomp

Kasvloer

33 graden

Kasdek

13 graden

naar Aquifer warm

23 graden

Kasvloer

23 graden

Aquifer koud

7 graden

3.2 Wintersituatie

In de wintersituatie wordt koud water geoogst die gebruikt wordt om de kas in de zomer te koelen. Op

het kasdek wordt daartoe het warme water uit de aquifer ingelaten. De bruikbare koude oogst met een

uitgangstemperatuur lager dan 11 graden, is circa 500 kWh/m2.

Gedurende bijna 30 % van het jaar wordt aan dit koude criterium voldaan, en stroomt er water op het

kasdek voor koude oogst. De ingangstemperatuur is dan circa 20 – 25 graden met een waterlaag van

10 mm en een stroomsnelheid van 0,4 m/s. De winterperiode strekt zich ook uit tot de lente en herfst

voorzover voldaan wordt aan het koude criterium.

Bij een wat minder warme ondergrondse retourbron van 15 graden is de bruikbare koude oogst circa

330 kWh/m2 waarmee ruim éénderde van de warmtelast is af te dekken.

Koude oogst in kWh/m2 per jaar Koelaandeel in zomer

watertemperatuur koude

periode

koude

oogst

zonder scherm

warmtelast

900 kWh/m2

met afscherming

warmtelast

700 kWh/m2 ingang uitgang

[oC] [

oC] uren kWh/m2

23 < 11 2580 542 60 % 77 %

16 < 11 3120 364 40 % 52 %

14 < 11 3300 299 33 % 43 %

13 < 11 3420 264 29 % 38 %

Verwarming van de kas in de winter kan niet zonder warmtepomp. Het water is niet voldoende warm.

Een warmtepomp is toepasbaar, al past deze minder goed in het passieve energie concept.

3.3 Verdampingsbalans

Verdamping blijkt een belangrijke parameter te zijn bij het waterdek. Bij een continue laag op het dak

verdampt circa 1.000 mm aan water, meer dan de regenval van gemiddeld 800 mm.

Een positieve balans treedt echter op indien de waterlaag beperkt blijft tot de lange periode van koude

oogst aangevuld met de korte periode van hoge warmtebelasting waarbij water mét additief op het dak

wordt gezet. De verdamping jaarrond blijft dan beperkt tot circa 600 mm.

Aquatop

9

Waterperiode

Verdamping in mm per jaar Uren per jaar

ingangswatertemperatuur ingangswatertemperatuur

23 16 14 13 23 16 14 13

A gehele jaar 1017 700 8760 8760

B overdag + koud 956 653 6444 6984

C heet + koud 615 511 327 331 2940 3480 3600 3780

Koude oogst aandeel 2580 3120 3300 3420

In de winter is de waterlaag ook welkom (brekingsindex) door de verhoogde zon instraling. Appreciatie

is er ook uit landschapsbeleving. Indien het water ook overdag op het dak ligt, zal de verdamping wat

oplopen naar circa 950 mm. Halvering van de verdamping is echter te bereiken met water van lagere

Aquifer temperatuur van 15 graden, in combinatie met een minder ruime periode op het dak beperkt

tot het oogsten van koud water én bij hoge warmtebelasting.

3.4 Watersysteem energie

De Energypool bestaat uit drie deelsystemen die ook energiegebruik vragen: waterdeksysteem op het

dak, aquifersysteem in de grondbodem en vloersysteem in de kas.

Energiegebruik watersysteem in kWh/m2 per jaar

deelsysteem locatie winter zomer

Waterdek systeem op de kas 15 – 100 - -

Aquifersysteem onder de kas 10 10

Vloersysteem in de kas ( 20 ) 20

warmtepomp nvt nvt

Het water dient op en van het dak gebracht te worden. De energievraag kan in principe beperkt blijven

tot slechts 2 - 5 % van de opbrengsten aan koude energie, bij gebruik making van een semi-gesloten

watersysteem. Bij een volledig open systeem kan de energievraag naar circa 20 - 30 % oplopen. Door

optimalisatie van de opvoerinstallatie kan de energievraag van het watersysteem bijna marginaal zijn.

Waterdeksysteem energieverbruik

in W/m2

energiegebruik per jaar

in kWh/m2

semi-gesloten watersysteem 6 15

open watersysteem 42 108

Ook is energie nodig voor de aquifer en het verdeelsysteem in de kas. In totaal is het energiegebruk

voor het watersysteem dan 55 tot 145 kWh per m2 jaarlijks.

Aquatop

10

4.0 Aquatop Systeem

De Aquatopkas sluit zoveel mogelijk op de conventionele kas aan, voorzien van een plat glasdek met

een waterlaagje. Dat maakt het verschil. Via een morfologisch ontwerpproces zijn een aantal principe-

oplossingen gegenereerd. Met dezelfde materialen en producten zoals de conventionele Venlo-kas en

Breedkapper. Een standaard omhulling van glas, en standaard staalconstructies als drager.

Constructie principe Aquatop zoveel mogelijk aansluitend op standaard bouwwijze

Met de nieuwe inzichten uit het Smartdek en de Energypool, is een Aquatopkas gemodelleerd. Daarbij

is ingehaakt op “Het Nieuwe Telen” dat tendeert naar geconditioneerd telen in een semi-gesloten kas.

Het programma van eisen voor Aquatop blijkt grotendeels ook te gelden voor de eisen die gesteld zijn

aan conventionele kassen. Daarbij is rekening gehouden met “people, planet en profit”. Teelttechniek,

duurzaamheid en bedrijfseconomische kosten zijn belangrijke ingedriënten.

Principe-oplossingen volgend uit programma van eisen

meer minder buffer

Teelttechniek

licht glas, belichten waterscherm waterbassin

RV vernevelen droge luchtventilatie

CO2 doseren doseren CO2 tank

temperatuur warm water koud water/NIR scherm

Milieu

energiebalans warm water oogsten koud water oogsten aquifer

water druppelen/ramen dicht

gewasbescherming ramen dicht

lichtemissie waterscherm

Veiligheid

wind- en waterdicht glas, roeden, rubbers

veiligheid (Arbo) gehard of gelaagd glas

stabiliteit kokerkolommen en tralieliggers

noodgevallen luchtramen openen

Bruikbaarheid

waterscherm goten, stijg/daalbuizen, richels compartimenten

reinigen kasdek borstels, jetstreams

condensdrup hangende folies

Aquatop voegt enkele specifieke eisen aan dit brede palet toe, vanwege de waterlaag op het kasdek,

de nieuwe waterschermfuncties, en de opslag van koud water in de bodem. Aan de belevingswaarde

van het kasdek zijn eventueel ook recreatieve eisen te stellen.

Aquatop

11

vakmaat kapbreedte kolomhoogte dekhelling ruitmaat ruitsoort ruitdikte gootvorm

Aquatop 9,60 m 2 x 4,80 m 5,00 m 0 graden 1,60 x 1,60 gehard glas 4 mm u-goot

conventioneel 9,60 m 2 x 4,80 m 5,00 m 22 graden 0,80 x 1,60 enkel glas 4 mm u-goot

4.1 Waterdichtheid, compartimentering en waterverdeling

De waterlaag op het platte glasdek stelt enkele specifieke eisen anders dan bij een conventionele kas:

waterdichtheid, compartimentering en waterverdeling.

Voor de waterdichtheid zorgen rubber profielen samen met kitvoegen. Een lekgoot is te integreren in

of onder de stalen glasroede. Compartimentering dient om gevolgschade te vermijden bij het breken

van een glasruit. Compartimenten beslaan vakmaten van 9,60 bij 9,60 meter. Opvoer- en afvoergoten

lopen tweezijdig langs een compartiment.

Compartimentering in vierkante velden Compartimentering in stroken of banen

Een kas is een uiterst lichte en beweeglijke constructie. De waterfilm dient zo egaal mogelijk verdeeld

te worden over het kasdek. Smalle stroombanen (1,60 m breed) lopen van goot naar goot. Opstaande

glasroeden geleiden deze stroombanen die het water egaal verdelen.

4.2 Veiligheid, draagconstructie en lichtonderschepping

Beloopbaarheid van het kasdek is géén eis, ook niet bij conventionele kassen. Met gehard glas is de

veiligheid te vergroten. Desgewenst is gelaagd glas toepasbaar.

Belasting van totale kasconstructie incl. glas in N/m2

Nuttige belasting eigen gewicht glastype

conventioneel Aquatop float glas

4 mm

gehard glas

6,3 mm

gelaagd glas

2 x 2,7 mm

dubbel glas

2 x 4,8 mm

250 500 111 158 135 334

Installaties onder kasdek: 70 N/m2 en gewas 200 N/m2

De permanente waterlaag is op 10 mm ingesteld. Door onvlakheden verdikt de waterlaag zich lokaal

tot circa 20 mm. Vergelijkbaar met de standaard sneeuwbelasting van 25 mm waterkolom. Vooralsnog

is de constructie gedimensioneerd op 50 mm waterlaag

De lichtonderschepping van de Aquatopkas is niet veel lager dan van een conventionele kas.

Diffuse lichttransmissie van glassoorten en kastypen

zonder

glas

float glas

4 mm

gehard glas

6,3 mm

gelaagd glas

2 x 2,7 mm

dubbel glas

2 x 4,8 mm

glas - - 83 % 83 % 74 % 69 %

Venlo-kas 88 % 73 %

Breedkapper 83 % 69 %

Aquatop 84 % 70 % 62 % 58 %

Lichtberekeningen volgens het software pakket “IDT”

Aquatop

12

4.3 Luchtvochtigheid en condensatie

Een plat dak geeft, anders dan bij de schuine glasdaken van conventionele kassen, risico op vallende

condensdruppels die het gewas kunnen beschadigen. Condensatie is in de winter onvermijdbaar door

het koude dakvlak en de hoge relatieve luchtvochtigheid.

Bij Aquatop wordt condens opgevangen door een schuin hangende (zadeldak) folie onder het kasdek.

De transparante folie zorgt tevens voor thermische isolatie en minder koude convectie stromingen.

Functie maatregel

vermijden dubbelglas, anti-condens plakfolie

verwijderen hygroscopische ruitranden, ruitewissers

opvangen schuinhangende folie

verkleinen micro-druppelvorming (nevel)

Nader onderzoek verdient de verkenning naar gestructuurd glas (onderzijde) waarbij de structuur zorgt

voor vorming van micro-druppels of nevel die het gewas niet beschadigen.

4.4 Aquifer en vloersysteem

De koude oogst en warmte oogst wordt opgeslagen in een Aquifer, bestaande uit twee bronnen op

voldoende afstand van elkaar: warmwater bron en koudwater bron. Het bronwater is gescheiden van

het dekwater of het vloerwater. Via energiewisselaars wordt warmte en koude overgedragen.

De koude oogst uit de winter wordt ter koeling in de zomer ingebracht, direct in de kas. Gedacht wordt

aan het traditionele vloerverwarmingssysteem dat in de betonvloer gelegd is. In plaats van warmte

stroomt er koud water door de vloerslangen.

Omgekeerd wordt dit vloerwater systeem ook gebruikt in de winter om de kas te verwarmen.

Alternatief voor de betonvloer met verwarmingsslangen is een roostervloer waaronder het water uit de

Aquifer direct (of via wisselaar) wordt ingebracht in ondiepe bassins die onder de gehele kas liggen.

Aquatop

13

5.0 Positionering Aquatop

Aquatop haakt op “Het Nieuwe Telen” in, met een semi-gesloten kas. Kenmerk van het Nieuwe Telen

is vermindering van de warmtevraag, energiezuinige vochtbeheersing, en telen met het buitenklimaat

mee. Aquatop maakt zich ook sterk voor het verminderen van de warmtelast in de zomer. Door extra

stralingsabsorptie buiten de kas, en extra duurzame koeling binnen de kas. Koude uit de winter wordt

passief ingezet in de zomer. Minder noodzaak tot ventilatie in de zomer zorgt in combinatie met meer

verneveling voor hogere vochtigheid voor hoger CO2 percentages voor meer plantengroei.

Stappenplan Het Nieuwe Telen Maatgevend Opmerkingen

1 Droge lucht inbrengen energie Dus niet droogstoken en raamkieren

2 Energieschermen energie Intensiever isoleren

3 Telen met de natuur mee energie Teelt aanpassen aan seizoenen

4 Luchtbewegingen groei Minder kans op schimmels

5 Luchtbevochtiging groei Ramen langer dicht, hogere CO2 binnen

6 Actieve koeling energie Ramen langer dicht, hogere CO2 binnen

7 Aquifer en warmtepomp energie Zomerwarmte opslaan en warmtepomp in winter

Vanuit het uitgangspunt van “people, planet en profit” zijn een aantal relevante aspecten beschouwd:

teelttechniek, duurzaamheid, bedrijfseconomie en imago. Aquatop is aldus kwalitatief gepositioneerd

in relatie tot de Venlo-kas en de gesloten kas. Vooral bij de optimale foto-synthese scoort de Aquatop

sterk, ook in relatie tot de gesloten kas.

5.1 Multi-funktioneel waterscherm

Conventionele kassen staan een arsenaal aan schermen ter beschikking: lichtreductie, NIR-reductie,

diffusering, nachtlicht emissie, verduistering, stralings-reflectie en stralings-isolatie. Stapeling van deze

functies kan tot stapeling van doeken leiden.

Functies van schermtypes

Aq

ua

top

Tra

ns

para

nt

E-s

avin

g

So

lar

refl

ecti

on

E

-savin

g / s

ola

r r

efl

ecti

on

Bla

cko

ut

scre

en

Pre

ven

t lig

ht

po

llu

tio

n

kri

jten

Red

uh

eat

Red

us

ol

Red

ufi

se

Ou

dts

ide

scre

en

A licht afscherming

- diffuus licht x x x

- daglicht reductie (schaduw) x x x x x

- nachtlicht emissie (uitstraling) x x x

- verduistering (daglengte ritme) x x

B straling afscherming

- stralings reflectie (licht/NIR reductie) x x x x x x x x

- stralings reflectie (NIR reductie) x x

- thermisch-isolatie (warmte binnen houden) x x x x x x

C positie buitenzijde kas

- temperatuurregeling (nacht) x x x x x x

- vocht regeling (nacht) x x x x x x

D waterlaagje tuindersbelang

- hogere transmissie (brekingsindex) x

- energie oogst (koude) x

- 2e teeltlaag (algen) x

E waterlaagje samenleving

- opvang regenwater x

- recreatieve beleving x

Aquatop

14

Aan deze waterlaag zijn nog enkele specifieke functies verbonden: hogere lichtdoorlaat, opvang van

regenwater, koude oogst en desgewenst algenteelt. Ook recreatieve beleving is toe te kennen aan de

waterlaag, bij zorgvuldige vormgeving tot een waterrijk daklandschap.

5.2 Algenteelt

Plantenteelt is de primaire tuindersfunctie. Voor algen die hetzelfde metabolisme en lichtspectrum

benutten, is echter een secundaire functie denkbaar als ondersteuning voor de plantenteelt. Algen

hebben ook marktwaarde als grondstof voor de bio-chemische branche.

Algen kunnen in, op en rond de kas, en in perioden dat het kan of gewenst is, gekweekt worden. Als

ondersteuning bij plantenteelt komen een onverwacht groot aantal functies in beeld:

- giet/drainwater: meststof voor planten, ziektekiembestrijder, CO2 afvang

- kasdekwater: afscherming zonstraling, assimilatiebelichting, warm water groei

- gedroogde algstof: bio-brandstof.

Niet minder dan 50 % van het jaar is het donker in ons land. Assimilatie belichting in de nachtperiode

werkt twee kanten dan uit, belichting van planten van bovenaf en van algen onderaf.

Een business-model is ontwikkeld met drie opties: algen in een apart bassin, op het dak, of combinatie

van beiden. Bij een lage algenprijs zijn algen vooral nuttig als schermdoek in zomer- of nachtsituatie.

De opbrengst aan droge algenstof is dan een bijproduct. Bij hoge algenprijs is continue algenkweek

als 2e teeltlaag aan te bevelen waarbij de opbrengst dan gelijkwaardig van plant en alg komt.

5.3 Business case Aquatop

De kosten en baten van Aquatop zijn ten opzichte van een conventionele kas ter indicatie gegeven.

Aquatop kent enkele functionele modules voor de tuinder: teeltbescherming, koude oogst en koeling,

en warmte oogst en verwarming. Voor elke module zijn de kosten en baten indicatief bepaald.

In deze toets zijn het nieuwe kasdek alsmede drie installatie deelsystemen in kaart gebracht: dekwater

systeem, grondwater systeem en vloerwater systeem. Duurzame energiewinst en meeropbrengst van

het gewas komt aan de orde.

functie en systeem op de kas in de kas onder de kas

collector, buffer functie

systeem

koude oogsten

kasdek, constructie

dekwater systeem

koude/warmte opslaan

grondwatersysteem

radiator functie

systeem

koude/warmte afgeven

vloerwatersysteem

warmtepomp

reductor (scherm) functie

systeem

zonstraling afschermen

kasdek, constructie

dekwater systeem

additieven

periode functie

flexibel lichtregeling in kas (bij hoge zonstraling)

nacht assimilatie-belichting en afscherming

zomer maximale algenproductie, géén plantenteelt

continue algen als 2e teeltlaag, gelijkwaardig aan plantenteelt

Aquatop

15

6.0 Aquatop landschap

Glastuinbouw levert een grote bijdrage aan de Nederlandse economie, maar wordt tegelijk ervaren als

een minder duurzaam en hinderlijk element in het landschap. De Aquatop glastuinbouw innovatie is

een waardevolle oplossing in deze tweestrijd. De waterlaag op het kasdek als bijzondere eigenschap

van Aquatop geeft een nieuw pallet aan opties voor het inpassen van glastuinbouw in stad en

landschap.

,

Ontwikkeling van kassengebied naar Aquatop landschap

6.1 Meervoudig ruimtegebruik

Uitgeefbare grond is schaars, en de druk op leefbaarheid en landschap is groot. Met name rond de

sterk verstedelijkte gebieden. Meervoudig ruimtegebruik kan op positieve aandacht rekenen.

Bij meervoudig ruimtegebruik worden verschillende ruimtelijke functies (werken, wonen, recreatie,

natuur, waterbeheer, energiewinning of verkeer) op eenzelfde stuk grond toegepast. In een Aquatop

landschap zijn diverse ruimtelijke functies van glastuinbouw, wonen en recreatie samengevoegd in dit

waterrijke landschap, in combinatie met duurzaamheid van aquifers.

Transitie van traditioneel kasgebied via Aquatops naar Smart Energy landscapes

Aquatop

16

6.2 Aquatop in breder perspectief

Op het gebied van kassenbouw, landelijk gebied, planologie en recht zijn de eigenschappen van een

Aquatop landschap aan het oordeel van expert-judgement onderworpen. De aandachtspunten blijken

te voldoen aan de technische en financiële randvoorwaarden van het project.

Aan de orde komen ruimtelijke verdringingseffecten, logistiek bedrijventerreinen, waterschappen en

waterbeheer, waterdaken in de stedebouw, recreatieve beleving en tuindersbelangen.

Kascomplexen en logistieke bedrijventerreinen

Het kaslandschap bestaat uit losstaande of geschakelde complexen van kassen, gietwaterbergingen,

laad- en loszones, distributiegebouwen, elektriciteitsgebouwen, verkeerswegen, rommelzones en

woonhuizen met trampolines. Dit bezorgt de kassencomplexen een geheel eigen schaal en identiteit

voor gebruikers, passanten en recreanten.

Schaalvergroting in de glastuinbouw zet nog voort. Van 5 ha voor sierteelt tot 30 ha voor groenteteelt.

De ruimtelijke schaalgrootte is alleen vergelijkbaar bij logistieke bedrijventerreinen. Met orthogonale

structuren, langgerekte wegen en minimum aan adressen. Bij de entree’s worden alle overige functies

verzameld, aan/afvoer goederen, kantoren, parkeren en installaties. Bij de kassen ook nog vergezeld

van een woonhuis. Openbare ruimte is schaars ingericht en slechts bedoeld voor snelle afhandeling

van logistiek.

Distributie en kassen hebben een vergelijkbare schaalgrote en ruimtelijk patroon

Bij logistieke bedrijventerreinen is er innovatie ten aanzien van de ruimtelijke kwaliteit, duurzaamheid,

flexibilisering, logistieke efficiëncy, en effectief grondgebruik. De enorme dakvlakken komen in beeld

voor dubbel grondgebruik. Ook het idee voor kassen op daken, maar de bedrijfseconomische cijfers

wijzen anders uit.

De ambitie dat glastuinbouwlocaties aantrekkelijk is voor recreanten dient vanzelfsprekend te zijn. In

het zeer industriële havengebied van Rotterdam zijn ter illustratie rondvaarttochten.

Water op daken als recreatief instrument

Water heeft een sterke landschappelijke waarde. Het hoort bij het Hollandse landschap. Water vormt

met open polders en weidse wolkenluchten het decor van het leven op het Hollandse land. Bij nieuwe

ontwikkelingen staan deze kwaliteiten onder druk. Waterdaken op kascomplexen zijn dus in te zetten

voor het (opnieuw) ervaren van het Hollandse landschap.

Budapest, Hongarije Saint-Germain, Parijs, Frankrijk Oasis 21, Nagoya, Japan

Het dak wordt in de architectuur meer en meer gebruikt voor recreatieve functies. Daken krijgen een

groen uiterlijk of een waterpartij, uit oogpunt van recreatie of duurzaamheid. Waterpartijen zijn vaak

geprojecteerd op grote openbaar toegankelijke gebouwen. Meestal wat verzonken in de grond.

Aquatop

17

Waterschappen en glastuinbouw

Uitbreiding van het areaal water staat bij alle waterschappen centraal, om voldoende water te bergen

bij zware neerslag. Ook in de glastuinbouwgebieden waar de opgave is hoe dit oppervlaktewater als

natuurlijk element in het landschap te integreren is.

De laaggelegen deelten van Nederland kampen met verzilting. Het Westland staat relatief sterk bloot

aan verzilting. De invloed op de volle grond is niet direct belangrijk, maar het in stand houden van de

zoetwaterbel onder de duinen heeft op termijn grote prioriteit. De optie om water vanaf een bepaalde

stijghoogte af te voeren (bijv. vanaf een waterdak) kan hieraan bijdragen.

Recreatie

Recreatie om de stad is een belangrijk thema, grosso modo gericht op bos, water, stranden, horeca,

kinderboerderijen en speelplekken. Tot nu toe zijn er wel pogingen gedaan om kasgebieden er beter

te laten uitzien, zoals bomen langs gevels, potplanten of grote afbeeldingen. De impact van Aquatop

als waterrijk recreatief landchap is echter van geheel andere orde.

In het kader van het project Kas in het Landschap zijn door ontwerpbureau BOOM zelfs fietspaden

bovenop kasdaken gepland, zodat fietsers in de kassen kunnen kijken (Van der Maas, 2001).

Belangen van tuinders en samenleving

Glastuinbouw is onpopulair in de samenleving. Woningbouw komt vaak in haar plaats. Kassen staan

vanuit hun verleden bekend als lichtbakken en energievreters. Nieuwe duurzame energieconcepten

veranderen dat beeld. Of wellicht ook door toevoegen van algenkwekerijen of recreatieve functies.

Snelle herstructurering van het kassenlandschap is niet te verwachten. Maar de sterke innovatie is wel

een motor voor stapsgewijse veranderingen. De bedrijfseconomische levensduur van een kas is circa

20 jaar. Jaarlijks wordt circa 5% van het areaal vervangen. glastuinbouw duidelijk een onpopulaire rol.

Woningbouw komt vaak in de plaats van kassen.

Aquatop

18

Voor een kansrijk Aquatop landschap dienen de baten voor de tuinder duidelijk te zijn. De efficiëntere

bedrijfsvoering staat voorop. Andere baten liggen in de maatschappelijke acceptatie. Verandering van

het kascomplex tot een semi-recreatief gebied, vertaalt zich wellicht in meer beschikbaar areaal voor

glastuinbouw.

Het concept is door individuele bedrijven toe te passen. Een logische vervolgstap is dat een verhoogd

maaiveld wordt gecreëerd in gebieden waar individuele Aquatops aaneen zijn te schakelen.

,

Ontwikkeling van kassengebied naar Aquatop landschap

6.3 MKBA systematiek Aquatop

In MKBA (maatschappelijke kosten baten analyse) worden alle kosten en effecten van een interventie

systematisch in kaart gebracht en voor zover mogelijk gewaardeerd, als hulpmiddel bij besluitvorming.

Het instrument MKBA is bedoeld voor integrale afweging van een project of beleid, waarbij alle huidige

en toekomstige vóór- en nadelen worden uitgedrukt in geld.

Een belangrijk onderscheid in MKBA wordt gemaakt tussen interne en externe effecten van de kosten

en baten. Externe effecten zijn maatschappelijke kosten en baten zonder marktwerking. Glastuinbouw

heeft sterke externe effecten

Interne effecten zijn markteffecten die toevallen aan stakeholders die onderhevig zijn aan monetaire

(“eenduidig in geld uit te drukken”) effecten van projecten, beleid, producten. De portemonnee wordt

getrokken voor uitgaven en ontvangsten.

In de MKBA voor Aquatop zijn de gebruiksopties van een stuk land voor glastuinbouw beschouwd en

de kosten en baten systematisch geformuleerd. Een conventionele kas is daartoe vergeleken met een

Aquatop kas met recreatieve verbinding .

Interne effecten (business case) Externe effecten

Kosten Aanleg, exploitatie, onderhoud kas

Overlast tuinder van recreatieve verbinding Kosten recreatieve verbinding

Baten Meeropbrengsten teelt Bestedingen recreanten

Meerwaarde voor bewoners

Landschapswaarde passanten

Verminderde barrierewerking

Imago effect tuinder Politieke uitstraling (bijv. realisatie EHS)

6.4 Business case externe effecten

Kosten en baten van het MKBA zijn vertaald naar een business-case voor een individuele Aquatopkas

en een Aquatop landschap. Onderscheid is er gemaakt naar interne en externe effecten.

Aquatop

19

In de business-case voor de interne effecten is de recreatieve verbinding volledig buiten beschouwing

gebleven. De individuele Aquatopkas staat centraal. Jaarlijkse posten zijn verdisconteerd over 20 jaar,

met een discontovoet van 4%. Aldus zijn zaken als rente en inflatie meegerekend in de eindsom.

In de business-case voor de externe effecten van Aquatop is een recreatieve verbinding toegevoegd.

Deze business case mag niet als een volwaardige MKBA beschouwd worden. De beschouwing dient

ter illustratie van de uitkomsten in een specifiek gebied met een specifiek tekort aan recreatief gebied

en en een schaarste aan glastuinbouwgrond.

De business case voor externe effecten laat zien of publieke uitgaven rond de Aquatop in verhouding

staan met private uitgaven aan glastuinbouw en publieke uitgaven aan recreatie

Aquatop

20

7.0 Conclusies en aanbevelingen

Aquatop is een semi-gesloten kas dat aansluit op het Nieuwe Telen en een duurzaam energieconcept

beoogt. De meerwaarde komt voort uit dynamische en multi-functionele lichtregeling van het vloeibare

kasdek (Smartdek) alsmede uit de energiebesparing in warmte en koude die seizoensgebonden wordt

met een Aquifer onder de grond en een waterlaag op het kasdek (Energypool). De betere teeltkwaliteit

en de mogelijke meeropbrengst vanwege de semi-gesloten kasteelt weegt ook mee.

Gesloten kassen en het Nieuwe Telen

De praktijkervaringen met de gesloten kassen leren echter dat de meeropbrengsten in gewassen niet

geven wat ervan verwacht werd. De gesloten kas leert echter wel dat planten goed kunnen gedijen in

een meer extreem kasklimaat met hogere temperaturen bij hogere vochtigheidsgraad. In traditionele

kassen wordt dit extreme kasklimaat steeds meer nagebootst. Minder ventilatie voor koeling, en meer

verneveling voor hogere vochtigheid. Minder te openen ramen geeft een hoger CO2 percentage. De

open kas groeit zo geleidelijk naar de gesloten kas toe. Het Nieuwe Telen wordt dit genoemd.

Stepping-stone model

De Aquatop dient zich dus vooral te richten op de dynamische en multi-functionele lichtregeling en de

duurzame energiebesparing. Hieraan zijn meerkosten van tenminste 50 euro per m2 verbonden. Dit

lijkt veel, maar het gehele investeringsplaatje van een tuinder met installaties en al ligt in de orde van

grootte van 250 euro per m2.

Interessant aspect van Aquatop is de hogere lichtopbrengst door water/glas combinatie met gunstiger

brekingsindex. Door dynamische waterpatronen is ook de invalshoek van het licht te begunstigen dat

meer licht in de kas geeft. Ook kan het horizontale vlakke dek positief uitvallen voor goede egalitaire

luchtstromingen.

Door de economische crisis zit de kassenbouw echter in het slop. Nieuwe kassen worden nauwelijks

meer gebouwd. Een stepping-stone concept valt te overwegen waarbij stapsgewijs de sprong wordt

gemaakt van standaardkas naar Aquatop. Te denken valt aan een start met daksproeiers waarbij de

ontwikkeling door te zetten is naar een vloeistoffilm, waarbij het schuine dak uiteindelijk evolueert naar

een horizontaal Aquatop dak.

Utiliteitsbouw

Het Aquatop concept kan mogelijk eerst ingebracht worden in andere branches waar de low-budget

investeringen minder een rol spelen. Beoogd worden de atria van kantoren en woningen. Ook in deze

branches ligt de markt echter stil.

Ook wordt gedacht aan een toepassing in de klimaatgevel van kantoren waarbij water in of langs de

gevel of muur geleid wordt. Tot op heden wordt daartoe lucht gebruikt dat meer energie vergt.

Combinaties van Aquatop en Flowdeck

Interessante combinaties van Aquatop en Flowdeck zijn denkbaar. In het Flowdeck wordt anders dan

bij Aquatop het water in holle kanaalplaten getransporteerd. Tot nu toe stonden lekkende koppelingen

tussen de kanaalplaten het testen in de weg. Betere koppelingen (TNO) zijn nu ontwikkeld.

Reincarnatie van het Flowdeck valt te overwegen. In het Flowdeck zouden additieven van de Aquatop

ook kunnen rondstromen en ook de energie kunnen absorberen.

Anders Telen met 2e teeltlaag

Naast het Nieuwe Telen zou ook het Anders Telen door Aquatop te promoten zijn. In de zomer levert

het telen onder glas bijna niks op, anders dan in de meer interessante winterperiode.

In de zomer zou het waterdek wellicht veel beter te benutten zijn voor algenkweek. En de ruimte in de

kas onbenut te laten. Afwisselend telen dus in de kas en op de kas.

Gewassen die gedijen bij lagere temperaturen met name in de winter, zou de energiebalans positief

beinvloeden. Ook bij lagere temperaturen vindt fotosynthese goed plaats.

Aquatop

21

Business-case

Een meer uitgebreide en gespecificeerde business-case voor de Aquatop dient te worden opgesteld.

Zonder WKK opstelling is het principe-voorstel, al lijken de tuinders nu meer van de energiehandel te

leven dan van de teeltopbrengsten.

Aquatop

22

Bijlagen (niet bijgevoegd) Integraal rapport Aquatop, openbaar eindrapport, juli 2012 Deelrapport WP1 Aquatop, selectie en implementatie van smartdek additieven,

Kema april 2012, Bart in 't Groen, Frank Rasing Deelrapport WP2 Aquatop, eindrapport, TNO, mei 2012, Jan Ruigrok Deelrapport WP3 Smart Energy Landscape, TNO, mei 2012, Elmer Rietveld