V rámci zemědělství je energeticky nejnáročnější činností pěstování rostlin ve sklenících, kde se rostlinám uměle dodává či přidává energie v různých formách k vytvoření fyziologicky příznivých podmínek.
Jde především o světlo a teplo, ale energie je obsažena i v živinách v půdě, v CO2 ve vzduchu, v zálivkové vodě, v pohonu strojů a zařízení i v pracovní síle, v plastových květináčích a obalech atd. Naopak, skleník sám je solární jednotkou, využívající sluneční záření, pokud je k dispozici, ale v opačném případě se jeho energetická bilance obrací.
Světlo
Prvotní formou energie pro rostliny ve sklenících, tedy v prostorech s řízenou atmosférou je světlo. Velikost fyziologických procesů v rostlinách je dána především intenzitou a složením dopadajícího záření. Jde hlavně o fotosyntézu a následně růst rostlin a o jejich vývoj ke kvetení. Pokud zajistí dostatek záření slunce, je složení světla vhodné pro všechny pochody v rostlině. Je v zájmu pěstitele maximálně využít přirozené světlo, které je kvalitou ideální a cenově nejlevnější (zdarma). Jde především o umožnění jeho vstupu do pěstebního prostoru v co největší míře. Korelace mezi množstvím světla vstupujícím do skleníků a jejich výnosem je velmi úzká . Udává se jednoduché pravidlo, že s poklesem intenzity světla ve skleníku o 1 %, klesá i produkce o 1 %. Pro světlomilné druhy (např. rajčata, okurky, karafiáty) ještě více, pro stínomilné druhy (zelené hrnkové, některé orchideje a kapradiny) méně.
Několik údajů k posouzení vlastní situace svépomocí:
Intenzita slunečního záření u nás "0" – 100 000 Lx
Práh asimilace (rozdílný podle druhu rostlin) 600 - 1 500 Lx
Maximálně možné osvětlení 10 000 – 100 000 Lx
(druhově a časově velmi rozdílné, souvisí i s teplotou a vlhkostí vzduchu)
Ztráta intenzity světla prostupem sklem je u nové tabule asi 10 %
u starší tabule 20 - 25 % (asi 1 % ročně)
běžné znečištění 20 - 40 %
orosení skla 10 - 15 %
záclony v oknech 30 - 50 %
prostupem deskami PMMA a PCA - nové 15 - 20 %
- starší ??, ještě v měření
Ztráta světla stíněním konstrukce skleníku - podle typu 3 - 10 %
Stínící efekt používaných stínění - nástřik bílou směsí 30 - 60 %
- juta hustá 40 - 50 %
- textilie polyester 25 - 30 %
nové nástřiky ReduSol - podle ředění 20 - 80 %
speciální stínící textilie - podle typu 30 - 80 %
Za ideální stav sepovažuje nový skleník moderní konstrukce (stínění konstrukce asi 3 %) s novým sklem (stínění asi 10 %), vybavený automatickým stíněním textilií s hliníkovými pásky na bázi měření intenzity světla a s regulací vytápění podřízenou intenzitě světla s nočním útlumem teploty.
V případě, že přirozené sluneční záření nestačí intenzitou či délkou, je účelné pro určité situace dodat světlo umělé, přisvětlovat elektrickými svítidly. Protože jde o nákladná zařízení s drahým provozem, musí jejich nasazení předcházet úplná optimalizace pěstebních postupů a podmínek. Přisvětlování nemůže nahradit pěstební chyby, naopak - může za špatných podmínek bez efektu zvýšit náklady.
Technické zařízení k tomu určené‚ musí splňovat více podmínek:
- bezpečnost provozu - podle našich norem (nejpřísnější v Evropě)
- hospodárnost provozu - možnost přesného nastavení doby provozu
- vysoká účinnost převodu energie na světelný výkon
- vysoká fyziologická účinnost složení spektra světla
- optimální pěstební využití (vědomosti obsluhy).
Prvotní pro rozhodování o pořízení osvětlovací soustavy je ujasnit si správně cíl. Je zcela odlišné řešení prodlužování dne pro fotoperiodické ovlivnění rostlin v řízeném pěstování od přisvětlování na intenzitu k podpoře asimilace. Rozdíl není jen v intenzitě světla, ale hlavně v kvalitě světla - ve spektrálním složení a tedy i ve výběru zdrojů světla a jejich instalace.
Pro ovlivnění fotoperiodismu rostlin je potřeba především dlouhovlnné záření v oblasti oranžové až červené barvy, tedy blízké záření tepelnému. Pro tento účel jsou nejúčinnější vláknové žárovky - obyčejné baňky známé z domácností nebo halogenové trubice. Nevýhodou žárovek je horší energetická účinnost, která je zjevná na první pohled - silně hřejí, což je pro tento účel zbytečný výdej energie. Naopak, pro efekt na rostlinách stačí již nízká intenzita osvětlení - cca 30 - 40 Lx. Stejný efekt přinese u energeticky jistě efektivnějších sodíkových výbojek intenzita asi 300 Lx, protože dlouhovlnného záření vydávají méně. Intenzita osvětlení se zde měří v úrovni vrcholů rostlin. Při příliš nízké instalaci mohou žárovkové zdroje popálit listy a vrcholy rostlin. Běžné instalace jsou do 10 W/m2.
Pro asimilačně účinné osvětlování jsou potřeba zdroje s vysokým výkonem a s vysokým podílem spektra v oblasti zelené až zelenomodré barvy, tedy krátkovlnné složky s vyšší energií. Malý podíl stačí v oblasti spektra dlouhovlnného, tj. v barvách oranžové a červené. Pro tyto účely je vhodných více typů zdrojů výbojkového typu a s poměrně dobrými parametry energetickými. Je zde nutno počítat s vysokými intenzitami osvětlení, když 1 000 Lx je vlastně asimilační práh rostlin (viz výše). Zahraniční pěstitelé počítají s intenzitou osvětlení kolem 3 až 5 tisíc Lx a dosahují toho instalacemi až kolem 100 W/m2. Pokud si promítnete další souvislosti, tak na plochu 1 000 m2 potřebujete přivést výkon 100 kW/h a při napětí 3 x 380 V musíte mít vedení a jištění na 35 A. V Nizozemsku takto osvětlují hektarové plochy a staví k tomu vlastní blokové motorové elektrárny, jejichž chladícím teplem pak vytápí.
Porovnání účinnosti převodu el. energie na světelnou u různých zdrojů
zdroj Výkon Lm/W * Životnost hod.
Žárovka 100W 6 400
Žárovka halogenová 1.000W 80 2 000
Žářivka 60W 33 2 000
Výbojka rtuťová RVL 400W 55 6 000
Výbojka halogenidová RVI 2000W 90 2 000
Výbojka sodíková SHC 400W 100 5 000
Výbojka Phillips 600W 150 10 000
* (Lumen—/1 Wat)
K úplnému posouzení energetické účinnosti musíme vrátit ke školní fyzice, protože účinnost intenzity světla v Lm se rozdělí na plochu, klesá se čtvercem vzdálenosti a snižuje se se sinem úhlu dopadu. Prakticky to znamená znevýhodnění větších a účinnějších zdrojů světla, které se musí instalovat výše a řidčeji, jejich účinnost sníží vzdálenost a menší úhel dopadu. Přitom je složité dosáhnout alespoň trochu rovnoměrného rozložení intenzity na osvětlené ploše. Proto instalaci osvětlovacích soustav je vhodné přenechat odborníkům.
Musím zde připomenout ještě jednu nesmyslnou okolnost, která zhoršuje energetickou efektivnost využití přisvětlování ve sklenících. Podle našich přísných bezpečnostních podmínek musí být zdroj světla umístěn ve vodotěsném svítidle, jehož kryt je z plastu a odebírá cca 20 % (nový) až 50 % (starší) světla. Přitom naše konkurence v zahraničí používá lehká otevřená a dobře tvarovaná svítidla.
Použití umělého světla představuje dodatečný vklad energie do pěstování, přesto může ve svém dopadu celkovou spotřebu energie snížit. Vždy vede ke zkrácení pěstební doby, což přinese značnou úsporu tepelné energie. Dalším pozitivním výsledkem přisvětlování je možnost začít množit a pěstovat řízené kvetoucí kultury k řezu i hrnkové (např. chryzantémy, karafiáty, poinsetie apod.), dosáhnout lepší kvality všech plodin (např. známé použití pro řezané růže a gerbery, zakořeňování řízků květin, sadby zeleniny atd.).
Teplo
Podstatnou nákladovou položkou (30 - 40 %) pěstování pod sklem a nejvýznamnější formou energetické spotřeby (nad 95 %) je bylo. Skleník je schopen rychle nabrat teplo ze slunečního záření jako solární jednotka, ale stejně rychle teplo ztrácí. Výdej tepla se děje dvěma fyzikálními formami - vyzářením a přestupem na styčných plochách. Rozhodující podíl na tepelných ztrátách má přestup a ten se dá vypočítat z několika údajů:
- teplota vzduchu venkovní (t0) ve ˚C
- teplota vzduchu ve skleníku (t1) ve ˚C
- plocha pláště skleníku (p) v m2
- koeficient prostupu tepla (k), sklo 7,2; dvojsklo 4,2; desky PMMA a PCA 3,6
- koeficient průvětrnosti (o), skleníky Sempra mají 1,15.
Spotřeba se pak vypočítá jako: (t1 – t0) . p . k . o v kW/m2/hod.
Prakticky spotřebu není nutné vypočítávat, existují tabulky průměrných hodnot pro ČR (Pavlík, VÚOZ Průhonice, 1980) převedení do hodnot v GJ. Můžeme potvrdit, že vystihují skutečnost. Jde však o průměry a skutečnost se od průměrů vždy odchyluje. Např. letošní a předchozí tři zimy byl příjemně neprůměrné.
Prakticky musíme sledovat dva druhy spotřeby tepla:
1. okamžitou spotřebu tepla - pro stanovení okamžitého výkonu zdroje (kotle).
Maximální hodnota odpovídající kritickým podmínkám určuje velikost zdroje při výstavbě. Opět existují tabulky těchto hodnot (Pavlík,Průhonice a Brož, Sempra Děčín):
pro dt 40 ˚C (-20 ˚C + 20 ˚C) = 3,2 Gcal resp. 13,4 GJ/hod/ha
pro dt 35 ˚C (-15 ˚C + 20 ˚C) = 2,7 Gcal resp. 11,1 GJ/hod/ha
pro dt 30 ˚C (-15 ˚C + 15 ˚C) = 2,1 Gcal resp. 8,8 GJ/hod/ha
pro dt 25 ˚C (-15 ˚C + 10 ˚C) = 1,5 Gcal resp. 6,3 GJ/hod/ha
pro dt 20 ˚C (-15.˚C + 5 ˚C) = 0,9 Gcal resp. 3,7 GJ/hod/ha
2. nákladovou spotřebu tepla (za den, týden, měsíc, rok) - pro financování provozu.
Orientační hodnoty pro skleníky LUR jsou u nás následující:
pro dt 35 ˚C 30 000 GJ/ha/rok
pro dt 30 ˚C 20 000 GJ/ha/rok
pro dt 25 ˚C 12 000 GJ/ha/rok
pro dt 20 ˚C 7 000 GJ/ha/rok
Zde si dovolím upozornit na starý a dosud přežívající omyl našich zahradníků, že spotřeba tepla závisí na velikosti prostoru či výšce skleníku, čím prostornější, tím je vyšší. Není to pravda! Rozhoduje plocha pláště, jak bylo uvedeno. Proto např. mají stejnou spotřebu tepla naše skleníky LUR a H 24, přestože první je v hřebeni vysoký 4,4 m a druhý 6,4 m. Zvětšený prostor druhého vytváří lepší světelné a mikroklimatické podmínky a tvoří je stabilnějšími.
Vlhkost vzduchu
Pozornost si zaslouží ještě vzdušná vlhkost, která může uvedené energetické bilance ovlivnit. Voda sama má poměrně velké skupenské teplo - na odpar kapaliny je potřeba dost tepla (540 cal/g ), které se při zkapalnění zase uvolní. Cílený odpar se využívá při chlazení vzduchu ve skleníku, když lehčí vlhky vzduch snadno uniká větráním ven. Z hlediska energetického hospodaření v topné sezoně pak není vhodné nadměrně zvyšovat vlhkost vzduchu rozstřikem vody, která odebere nemálo tepla. V noci při poklesu teploty kondenzují vodní páry na chladném skle a uvolňují při tom teplo. Stoupá ale vlhkost vzduchu (i na 100 %) a v kondenzovaných mikrokapičkách může začít klíčit více druhů plísní a být zdrojem šíření chorob. Jediný výrazně pozitivní vliv vyšší vlhkosti vzduchu ve skleníku v noci může nastat v okamžiku poruchy zdroje tepla, kdy při teplotách ve skleníku kolem 10 ˚C a bodu mrazu na vnitřní straně skla dochází k namrzání vody. Tím se uvolní skupenské teplo (zde asi 80 cal/g) do skleníku (zpomalí se chladnutí) a jinovatka uzavře všechny netěsnosti pláště. Zastaví se tak zcela průvětrnost (tvoří 15 % tepelných ztrát!!).
Cena tepla
Po naturální spotřebě je druhou stejně důležitou složkou topných nákladů cena tepla či paliva. Nejprve chci porovnat ceny naše a zahraniční u našich konkurentů podle sdělení zahraničních zahradníků (bez DPH, podle kurzu ke dni 1.12.):
Porovnání cen paliv a elektřiny se zahraničím:
NSR Nizozemsko ER
DM Kč NLG Kč Kč
Zemní plyn 0,29 5,10 0,30 4,62 5,65
LTO 0,35 6,06 0,42 6,47 10,80*
Elektřina denní 0,13 2,25 0,14 2,16 3,64
noční 0,06 1,04 0,07 1,08 1,25
* po vrácení spotřební daně
Tato čísla snad nepotřebují komentář, tak pokročila naše vláda s řízenou deregulací „výhradně" v malospotřebitelském sektoru! Postavila našim pěstitelům další umělou překážku v ekonomice vlastní produkce.
Náklady na výrobu tepla podle druhu paliva (údaj z roku 1998):
Druh paliva Kč/GJ Z toho palivo vývoj
Uhlí hnědé 110 - 140 60 2001
Uhlí černé 125 - 165 73
Koks 210 - 250 115
Zemní plyn 145 - 180 141 +26 %
Propan 295 - 360 250 +28 %
LTO 255 - 320 225
Dřevo a dřevní odpady 85 - 110 35
Dálkové teplo 120 - 350
(údaje z veřejných sdělovacích prostředků 1998)
Pro úplnost další zvláštní sazby:
dálkové teplo na vratné větvi SCZP 80
odpadní teplo z kompresních stanic 25
Kalkulace nákladů na GJ z plynu (AZALEA Chlumec 2001):
Náklady na plyn - stálá platba (26 000 kWh/den z 1.1.) 126 880 Kč
- odběr plynu 6 134 000 kWh (584 200m3) 3 166 000
Odpisy kotelen a přípojky plynu 733 000
Údržba, revize 29 500
Obsluha (prům. 2 hod. denně) 68 800
Úroky z úvěru na pořízení (přepočet na 15 let) 134 000
Spotřeba elektřiny (24.200 kWh) 46 000
Spotřeba vody (cca 180 m3) 3 500
Náklady celkem 4 307 420
Celková výroba tepla 19 650 GJ
Náklad na 1 GJ 219,21 Kč
