Dieser Artikel untersucht, wie Dampfdruckdifferenzen (VPD) die Transpirationsraten in Cannabispflanzen beeinflussen. Transpiration ist ein Prozess, bei dem sich Wasser und essentielle Nährstoffe von Zelle zu Zelle durch die Pflanze bewegen. Das Verständnis von VPD bei verschiedenen Temperaturen und relativen Luftfeuchten und seine Auswirkungen auf diesen Prozess sind wichtig, um ein maximales Pflanzenwachstum zu erzielen. Wir decken auch die Auswirkungen von Sollwerten auf Wachstumsumgebungen sowie Energiekosten ab, zusammen mit einer Analyse, wie Daten zu Bewässerungsraten und Transpiration die Geräteauswahl beeinflussen können.

Wir alle haben in der Junior High etwas über den Wasserkreislauf gelernt – Regen, Verdunstung, Wolken, Regen und so weiter. Dieser Zyklus gewinnt in der Cannabisindustrie zunehmend an Bedeutung, da die Aufrechterhaltung der richtigen Raumbedingungen für einen Indoor-Anbau für den Erfolg eines Anbaubetriebs unerlässlich ist. Temperatur und Luftfeuchtigkeit spielen eine große Rolle bei der Funktionsweise von Cannabispflanzen und wirken sich direkt auf den Pflanzenertrag und die Gesamtqualität aus. Wir müssen über den vereinfachten Niederschlagszyklus hinausblicken und verstehen, dass die Raumbedingungen die Fähigkeit einer Pflanze, zu schwitzen oder zu transpirieren, direkt beeinflussen.

Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass die Transpiration von Cannabispflanzen die relative Luftfeuchtigkeit in einem Anbauraum beeinflusst. In Wirklichkeit ist das rückwärts – das Paradigma zu verwenden, dass die Raumbedingungen die Fähigkeit der Pflanzen zum Transpirieren beeinflussen, anstatt die Transpiration der Pflanzen, die den Raumbedarf beeinflusst, ist eine gute Perspektive, wenn Sie diesen Artikel lesen. In einer idealen Umgebung würden die Raumsollbedingungen (Temperatur und Luftfeuchtigkeit) vollkommen stabil gehalten und würden niemals abweichen, unabhängig davon, was im Raum passiert. Die Raumbedingungen vollkommen stabil zu halten, ist die Aufgabe der mechanischen Ausrüstung, die verwendet wird, um die Umgebungsbedingungen des Raumes zu kontrollieren. Wenn wir bestimmte Raumbedingungen aufrechterhalten können, lautet die Frage: Unter welchen Bedingungen gedeiht Cannabis?

Wie wir diskutieren werden, treibt die Pflanzentranspiration das Pflanzenwachstum an und die Dampfdruckdifferenz (VPD) treibt die Pflanzentranspiration an. Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen beide die Dampfdruckdifferenz, ein Faktor, der bei Entscheidungen über Gebäudesysteme berücksichtigt werden muss – insbesondere wenn es um die kniffligen Überlegungen zur Auswahl von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) geht. Damit Pflanzen in Innenräumen gedeihen können, muss sich die VPD auf einem bestimmten Niveau befinden, das für jede Situation und jedes Wachstumsstadium unterschiedlich sein kann. Da Temperatur und Luftfeuchtigkeit die VPD beeinflussen, müssen Temperatur und Luftfeuchtigkeit beide auf dem richtigen Niveau sein – am richtigen „Sollwert“ – was bedeutet, dass Wärme und Feuchtigkeit zu unterschiedlichen Zeiten hinzugefügt oder aus dem Wachstumsraum entfernt werden müssen.

Das Verständnis der Treiber hinter diesem Prozess ist der Schlüssel zur Auswahl des geeigneten HLK-Systems für Ihren Betrieb. Nach unserer Erfahrung kann eine Sollwertdifferenz von nur 10% erhebliche Auswirkungen auf die Dimensionierung des HLK-Systems, die Vorlaufkosten und die laufenden Energiekosten haben. Es lohnt sich zu untersuchen, ob ein kleiner Unterschied im Design-Sollwert einen großen Einfluss auf die Kosten Ihres HLK-Systems hat, ohne großen Einfluss auf die Produktausbeute Ihres Betriebs zu haben.

VPD und Transpirationsraten verstehen

Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind bestimmende Faktoren für VPD, manchmal auch als Dampfdruckdefizit bezeichnet, was die Gesundheit einer Cannabispflanze wirklich beeinflusst. Dampfdruck ist der Druck, bei dem Flüssigkeit zu Dampf wird. Hier ist ein reales Beispiel für Dampfdruck in Aktion: Wenn Sie Wasser auf dem Herd kochen, erhitzen Sie das Wasser und erhöhen den Druck bis zu einem Punkt, an dem es den Dampfdruck der umgebenden Atmosphäre erreicht und zu Dampf wird. Im Cannabisanbau bezieht sich VPD auf den Unterschied zwischen dem Dampfdruck innerhalb einer Pflanze und dem Dampfdruck der die Pflanze umgebenden Luft. VPD ist verantwortlich für einen Prozess in der Pflanze, der als Transpiration bekannt ist und sich direkt auf die Pflanzengesundheit auswirkt.Transpiration ist ein Prozess, bei dem sich Wasser und andere essentielle Nährstoffe durch eine Pflanze von Zelle zu Zelle bewegen. Auf diese Weise regulieren Pflanzen auch ihre eigene Temperatur und gewinnen das benötigte Kohlendioxid aus der Luft. VPD fördert die Transpiration und die Nährstoffaufnahme von den Wurzeln einer Pflanze in den oberen Bereich einer Pflanze. Die Wasserbewegung erfolgt durch Pflanzen, die Wasserdampf durch Öffnungen, sogenannte Stomata, in die Luft abgeben – fast so, als würden sie schwitzen.

Wenn die VPD zu klein ist, werden Spitzenwachstumsraten nicht erreicht, und Probleme wie Schimmel oder Wurzelfäule können zum Problem werden. Wenn VPD zu groß ist, schließen sich die Pflanzenstomata, um die Transpiration zu begrenzen, was zu Problemen wie Spitzenverbrennung und Blattkräuselung führen kann. VPD kann direkt aus der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) der Pflanze und des Wachstumsraums berechnet werden. Beide Konzepte werden im Folgenden ausführlich erläutert. Die Oberflächentemperatur der Pflanze und die Trockenkolbentemperatur des Raumes sind ungefähr gleich, aber da die Pflanze Wasser bildet, wird die Pflanzenoberfläche bei 100% RH sein, wenn sie transpiriert. Für eine gegebene Designtemperatur können wir die VPD modulieren, indem wir die relative Luftfeuchtigkeit des Wachstumsraums ändern.

Ein VPD–Bereich von 0,8–1,1 (kPa) ist allgemein als ideal im vegetativen Stadium bekannt, während ein VPD-Bereich von 1,0-1,5 (kPa) allgemein als ideal in der Blütephase bekannt ist. Die Tabellen I und II zeigen, daß der gleiche ideale VPD-Bereich bei unterschiedlichen Temperaturen und relativen Luftfeuchten erhalten werden kann.

Um es einfach auszudrücken: Konstante Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit im Raum –> konsistentes Dampfdruckdefizit –> Pflanzentranspiration –> Pflanzenwachstum.

Dieses Konzept wird in Abbildung 1 auf dem psychrometrischen Diagramm weiter veranschaulicht, einem häufig verwendeten Werkzeug, das die Beziehung zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit sowie anderen Eigenschaften grafisch veranschaulicht.

Was sind die Metriken?

Wie oben erläutert, ist die Einhaltung der richtigen Sollwerte für Indoor-Growräume für den Erfolg eines Betriebs unerlässlich, aber was messen wir und wie messen wir es? Es gibt ein paar Dinge zu verstehen über die Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit und die Bestimmung der VPD:

• Temperaturwerte für Nass- und Trockenkolben: Die Temperatur der Trockenkolben ist die Temperatur, mit der die meisten von uns vertraut sind; die Temperatur, die auf dem Thermostat in einem Haus angezeigt wird. Die Feuchtkugeltemperatur ist die Temperatur, die ein Thermometer anzeigt, wenn seine Glühbirne in ein feuchtes Tuch gewickelt ist. Die Feuchtkugeltemperatur gibt an, wie viel Feuchtigkeit in der Luft vorhanden ist. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit bei 100% liegt, sind die Nass- und Trockenkolbentemperaturen gleich. Wenn der Unterschied zwischen der Trocken- und der Feuchtkugeltemperatur gering ist, befindet sich eine große Menge Feuchtigkeit in der Luft. Es ist so viel feuchtigkeit in der luft, dass es ist ähnlich wie mit einem nassen lappen um die thermometer birne. Wenn es einen großen Unterschied zwischen den Trocken- und Feuchtkugeltemperaturwerten gibt, ist die Luft trocken.

• Relative Luftfeuchtigkeit: Die relative Luftfeuchtigkeit (RH) ist ein Maß für die Feuchtigkeitsmenge in der Luft, ausgedrückt als Prozentsatz der maximal möglichen Feuchtigkeit in der Luft bei einer bestimmten Trockenkolbentemperatur. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit erreicht die Luft eines Innenraums schließlich einen Sättigungszustand. Wenn die Luft ihre Kapazität für maximal mögliche Feuchtigkeit erreicht hat, verlässt Wasser die Luft in Form von Wolken, Tau oder Kondensation. Bei wärmeren Temperaturen kann Luft mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Wenn die Feuchtigkeitsmenge in einem Raum konstant bleiben und die Temperatur ansteigen würde, würde die relative Luftfeuchtigkeit abnehmen. Dies liegt daran, dass die Gesamtmenge der vorhandenen Feuchtigkeit gleich ist, aber es ist möglich, dass die Luft mehr Feuchtigkeit annimmt, daher ist die Luft weiter von der maximal möglichen Feuchtigkeit entfernt, was zu einem niedrigeren Prozentsatz führt. Umgekehrt würde, wenn der Feuchtigkeitsgehalt konstant bleiben würde, während die Temperatur abnimmt, die relative Luftfeuchtigkeit zunehmen, da die Feuchtigkeit in der Luft näher an der maximal möglichen Feuchtigkeit liegt, was zu einem höheren Prozentsatz führt.

Geräteauswahl

Der Schlüssel zu gesunden VPD- und Transpirationsraten liegt in der Bereitstellung kontrollierter Umgebungsbedingungen, die bei der Auswahl der Ausrüstung für Ihren Betrieb eine Rolle spielen.

Die Rolle von HLK-Geräten besteht darin, den Raum so nah wie möglich an den Sollwerten für Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu halten, da dies den größten Einfluss auf das Produkt hat. Zu Beginn eines Projekts senden wir unseren Kunden ein HLK-Vermessungsdokument, um ihre Projektanforderungen zu ermitteln. Die bereitgestellten Informationen ermöglichen es den Ingenieuren, die „Entwurfsbedingungen“ zu bestimmen, die dem Ingenieur mitteilen, was er entwerfen muss. Erfasst werden Informationen wie Temperatur- und Luftfeuchtigkeits-Sollwerte sowie Art und Menge der Beleuchtung, Bewässerung und Abflussraten.

Mit diesen Informationen kann der Konstrukteur die Transpirationsrate der Pflanzen und die Wärmebelastung der Geräte abschätzen, die als latente bzw. sensible Lasten bezeichnet werden. Die HVAC-Ausrüstung entfernt die Wärmebelastung und die Feuchtigkeitsbelastung vom Raum, also je genauer die Informationen, die vom Züchter zur Verfügung gestellt werden, desto genauer ist die Dimensionierung des Systems.

Bestimmung der Transpirationsraten und Strategien zur Kontrolle der Luftfeuchtigkeit

Eine der besten und einfachsten Methoden zur Bestimmung der Transpirationsraten besteht darin, bekannte Bewässerungsraten zu verwenden, um die Transpiration indirekt zu quantifizieren. Sobald Bewässerungswasser in einen Raum eingeführt wird, kann es zwei Dinge tun: bleiben Sie in der Pflanze oder im Topf, erhöhen Sie die Gesamtmasse oder lassen Sie die Pflanze oder den Topf als Abfluss oder Transpiration. Die allgemeine Annahme ist, dass relativ wenig von der Wassermasse im Topf oder in der Pflanze zurückbleibt, und der Rest des Wassers geht durch Abfluss und Transpiration zwischen den Bewässerungen verloren. Die Quantifizierung der Bewässerungsraten ist in der Regel einfach, aber die Quantifizierung des Abflusses kann schwierig sein, je nachdem, welche Anbaumethode verwendet wird. Daten können auf der Ebene der Anbaueinrichtung, der Wachstumsstufe, der Raumebene oder der Pflanzenebene gesammelt werden.

Richtig entworfene HLK-Geräte steuern nicht nur die Temperatur eines Raums, sondern entfernen auch die von den Pflanzen austretende Feuchtigkeit, um das Verhältnis der relativen Luftfeuchtigkeit auf dem entsprechenden Sollwert zu halten. Es gibt zahlreiche Strategien zur Steuerung der Luftfeuchtigkeit. Auf der grundlegendsten Ebene befindet sich der Luftentfeuchter, der einen Kühlprozess verwendet, um die Luft auf ihren Sättigungspunkt abzukühlen und die Feuchtigkeit aus der Luft zu extrahieren. Dies ist zwar effektiv, aber ein inhärent ineffizienter Prozess, da die Kompressorwärme in den Raum zurückgewiesen wird, was die Wärmebelastung erhöht, um die sich die HLK-Ausrüstung kümmern muss. Auf der kompliziertesten Ebene kann Ihr Designer das Entfeuchtungsschema in das gesamte HLK-Design einfügen, wobei die Luft an den Spulen unterkühlt werden kann, um das Wasser aus der Luft zu extrahieren, und dann kann die Luft wieder erwärmt werden, um den Raum nicht zu überkühlen. Für maximale Energieeffizienz kann die Nacherwärmung der Luft mit heißem Wasser oder heißem Gas erfolgen, das durch die Wärme erzeugt wird, die von den Kühlanlagen abgestoßen wird.

Was passiert, wenn wir die Feuchtigkeits- und Temperatursollwerte variieren? Wenn die Sollwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit gesenkt werden, erhöht sich die Spitzenlast des HLK-Systems sowie die für den Betrieb der Geräte erforderliche Energie. In ähnlicher Weise ist das Gegenteil der Fall: Wenn die Sollwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit erhöht werden, nimmt die Spitzenbelastung des Systems ab und die für den Betrieb der Geräte erforderliche Energie nimmt ebenfalls ab. Es ist im besten Interesse des Erzeugers, sowohl aus Sicht der ersten Kosten als auch der Betriebskosten, seinen Betrieb so heiß und feucht wie möglich zu betreiben. Wie Sie sehen können, ist die berechnete VPD bei 70 ° F und 60% RH ähnlich der berechneten VPD bei 75 ° F und 65% RH. Daher können die Anlagen bei dem höheren Temperatur- und Feuchtigkeitssollwert genauso gut funktionieren wie bei dem niedrigeren Temperatur- und Feuchtigkeitssollwert, aber die Auswirkungen auf die Betriebskosten, die physische Größe und den Energieverbrauch des HLK-Systems werden erheblich sein. Nach unserer Erfahrung kann eine Sollwertdifferenz von nur 10% dramatische Auswirkungen haben.

Fallstudie aus der Praxis

Das Thema Geräteauswahl wurde kürzlich in einem Projekt mit sehr spezifischen Zielen zum Leben erweckt. Kunden kommen regelmäßig mit spezifischen Temperatur- und Feuchtesollwerten und -bereichen zu uns. Oft werden diese Sollwerte durch Erfahrung vor Ort bestimmt, und nicht unbedingt durch das Sammeln von Informationen über die erforderliche VPD. Die Züchter wissen, dass ihre Pflanzen unter bestimmten Bedingungen gedeihen, aber normalerweise haben sie dies durch einen Versuch und Irrtum festgestellt. In dieser Fallstudie benötigte unser Kunde – eine Anbau- und Extraktionsanlage – eine präzise Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle für ihre Wachstumsräume, wobei der Schwerpunkt auf Energieeffizienz lag. Wie die meisten unserer Kunden hatten sie bestimmte Temperatur- und Feuchtigkeits-Sollwerte im Auge: 76 ° F und 55% RF.

Das vorgeschlagene HLK-System war ein wassergekühltes Kaltwassersystem mit einem Economizer-Betrieb, um einen kompressorfreien Betrieb zu ermöglichen, wenn die Außenbedingungen dies zulassen. Das Warmwasser für die Anlage wird über Wärmepumpen bereitgestellt, die die von den Kältemaschinen abgegebene Wärme als Quelle für den Heizkreislauf nutzen. Gebläsekonvektoren in den Anbauräumen verwenden Frequenzumrichter, um zu entfeuchten, ohne die Räume zu überkühlen.

Da Nachhaltigkeit ein Kernziel des Kunden war, haben wir uns für einen anderen Ansatz entschieden – ein Schuhkarton-Energiemodell, um die Auswirkungen verschiedener Sollwerte auf die Größe und den Energieverbrauch der HLK-Geräte einzugrenzen. Wir konnten dem Kunden zeigen, dass er durch die Anpassung seiner Temperatur- und Feuchtigkeits-Sollwerte nach oben in der Lage wäre, die gleiche VPD im Raum aufrechtzuerhalten, jedoch die Größe der HLK-Ausrüstung um 33% und der mit der HLK-Ausrüstung verbundene Energieverbrauch sank um bis zu 35% pro Jahr. Indem wir uns speziell die VPD ansahen und diese Metrik verwendeten, um Entscheidungen über den erforderlichen Temperatur- und Feuchtigkeits-Sollwert zu treffen, konnten wir ein HLK-System entwerfen, das ihre Nachhaltigkeitsziele erfüllte und die Größe der Ausrüstung verringerte, während wir gleichzeitig sicherstellten, dass ihre Pflanzen gedeihen würden.

Die anfänglichen Kriterien, die der Kunde uns zur Verfügung gestellt hat, ein Temperatursollwert von 76 ° F und ein relativer Luftfeuchtigkeits-Sollwert von 55%, hätten zu einer HLK-Anlagengröße von 600 Tonnen Kühlung geführt. Indem wir uns zuerst die VPD ansahen und diese dann zur Bestimmung der Sollwerte nutzten, konnten wir die Ausrüstung auf 400 Tonnen Kühlung verkleinern. Diese Ausrüstung ist ungefähr ¾ die körperliche Größe und 66% der Kosten des größeren 600-Tonnen-Systems.

Abschließende Gedanken

Richtiges Design der HLK-Ausrüstung -> konstante Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit im Raum – > konsistentes Dampfdruckdefizit – > Pflanzentranspiration – > pflanzenwachstum.

Es versteht sich, dass das richtige Design von HLK-Geräten notwendig ist, um eine konstante Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit in einem Raum zu halten. Es ist auch allgemein anerkannt, dass das Pflanzenwachstum sowohl positiv als auch negativ durch Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit und damit Dampfdruckdefizit beeinflusst wird. Was oft übersehen oder unbekannt ist, ist, dass kleine Änderungen der Temperatur- und Feuchtigkeitssollwerte einen unmerklichen Einfluss auf die Dampfdruckdifferenz und einen großen Einfluss auf die Größe, die Erstkosten und die Betriebskosten des HLK-Systems haben können.

Haftungsausschluss

Wir sind keine Züchter, wir sind Ingenieure. Daher erheben wir keinen Anspruch darauf, die vollständigen Auswirkungen eines Betriebs mit höheren Temperatur- und Feuchtigkeitssollwerten auf die Qualität und Quantität der Anlage zu verstehen. Der Zweck dieses Artikels ist es, die Auswirkungen von Temperatur- und Feuchtigkeits-Sollwertunterschieden auf die HLK-Dimensionierung und die Energiekosten zu veranschaulichen, damit die Erzeuger eine fundiertere Entscheidung treffen können, wenn sie die geeigneten Sollwerte für ihren Raum bestimmen.