Klimacomputer

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Klimacomputer werden zur Steuerung der klimatischen Bedingungen in Gewächshäusern verwendet. Dazu verwenden sie einen Regelkreis, der Messwerte mit voreingestellten Sollwerten vergleicht und entsprechende Steuerungen vornimmt.

Klimasteuerung

Ein Gewächshaus ist ein in gewissem Grad kontrollierbares, abgeschlossenes Umfeld, in dem ideale Wachstumsbedingungen für die Pflanzen angestrebt werden. Das Innenklima wird jedoch ständig von äußeren Faktoren beeinflusst. Die Außenlufttemperatur und die Sonneneinstrahlung verändern die Innentemperatur, nach dem Gießen verändert sich die Luftfeuchtigkeit, usw.

Ein Klimacomputer versucht nun immer die Veränderungen auszugleichen und den vom Gärtner gewünschten Zustand zu erhalten. Hierzu steuert er technische Einrichtungen (sogenannte Stellglieder) wie die Heizung, die Lüftung und die Schattierung. Da keine der Änderungen sich sofort auswirkt gibt es immer einen zeitlichen Versatz zwischen Steuerung und Ergebnis. Die Klimasteuerung muss auf das zeitversetzte Ergebnis noch einmal reagieren und erneut steuernd eingreifen.

Das ideale Klima wird so nie erreicht, die Ist-Werte schwanken immer um die Soll-Werte. Dabei bleibt aber das Klima in einem für die Pflanzen tolerierbaren Bereich.

Regelgrößen

Regelgröße Stellglieder Messfühler
Temperatur
  • Lüftung
  • Heizung
  • Kühlung
  • Thermometer (Innen/Außen)
  • Lichtintensität (Luxmeter)
  • Tageszeit (Uhr / Kalender)
  • Windstärke
  • Windrichtung
  • Regen
Bewässerung
  • Beregnung
  • Tröpfchenbewässerung
  • Sprühnebel
  • Tensiometer
  • Hygrometer
Licht
  • Schattierung
  • Assimilationsbeleuchtung
  • Luxmeter (Innen/Außen)

Regelkreis

Der Regelkreis eines Klimacomputers wird immer wieder durchlaufen, solange der Computer läuft. Es gibt hierbei keinen Anfang und kein Ende. Steuerkreis eines Klimacomputers am Beispiel Temperatur

Beispiel für einen Durchlauf des Regelkreises

Für dieses Beispiel nehmen wir an, dass die Temperatur im Gewächshaus der vom Gärtner gewünschten Temperatur von 20° entspricht. Dann kommt die Sonne hinter den Wolken hervor und die Sonneneinstrahlung erhöht die Temperatur im Gewächshaus.

Die Sonnenstrahlung ist im Regelkreis eine Störgröße. Durch sie verändert sich die Regelgröße (Temperatur). Da die Erwärmung nicht plötzlich geschieht, verändert sich der gemessene Wert des Thermometers nicht sofort, sondern erst nach einer Totzeit. Der Klimacomputer vergleicht regelmäßig den gemessenen Wert mit dem vom Gärtner eingestellten Sollwert. Wird eine Abweichung festgestellt, ändert der Computer ein Stellglied, um den Wert anzupassen. In diesem Fall steuert er einen Motor, der die Lüftung öffnet.

Durch die geöffnete Lüftung sinkt die Regelgröße wieder. Auch hier gibt es eine Totzeit, bis die Änderung vom Sensor wahrgenommen wird. Dadurch sinkt die Temperatur unter den Sollwert und der Klimacomputer reagiert wieder, indem der die Lüftung schließt.

Dieser Kreis wird unendlich oft durchlaufen und ändert sich immer wieder durch Stellgrößen und Störeinflüsse.

Regelgrößen

Je nach Aufbau des Klimacomputers, im Gewächshaus verbauter Technik und Messfühler kann ein Klimacomputer verschiedene Regelgrößen und Stellglieder steuern. Für jede Regelgröße kann der Gärtner den gewünschten Sollwert für seine Pflanzenkultur festlegen.

Die Steuerungen der Regelgrößen können sich unter Umständen gegenseitig beeinflussen. So hat eine Änderung der Schattierung nicht nur Einfluss auf die Lichtintensität, sondern auch auf die Temperatur. Die Art der Lüftung beeinflusst nicht nur die Temperatur, sondern auch die Luftfeuchtigkeit im Haus. Idealerweise muss die Klimasteuerung diese Regelungsmöglichkeiten aufeinander abstimmen.

Sollwert / Führungsgröße

Sollwert ist der gängige Begriff für den vom Gärtner eingestellten Wunschwert. In der Fachsprache der Regelungstechnik heißt der Sollwert Führungsgröße und wir nur dann Sollwert genannt, wenn er nach der Einstellung fest ist, also nicht von einer Führungssteuerung angepasst wird.

Führungssteuerungen verwenden äußere Einflüsse, um die Führungsgröße der Regelgrößen zu verändern. Ein typisches Beispiel ist die Nachtabsenkung der Heizung. In diesem Fall verwendet die Führungssteuerung die Uhrzeit, und passt je nach Zeit die Führungsgröße der Regelgröße Temperatur an. So würde zum Beispiel um 20 Uhr die Führungsgröße der Temperatur durch eine Zeitschaltuhr von 20°C auf 18°C gesenkt werden, ohne dass der Gärtner eingreifen muss.

Eine Führungssteuerung kann immer dann hilfreich sein, wenn die Führungsgröße einer Regelgröße nicht fest, sondern von einer äußeren Bedingung abhängig ist.

Sicherheitsmechanismen

Klimacomputer können verschiedene Sicherheitsmechanismen verwenden, um Schäden an Gewächshaus und Pflanzen zu verhindern. Hierfür benötigen sie die entsprechenden Sensoren und Regelungen, um gefährliche Situationen erkennen zu können.

Zusätzlich kann der Klimacomputer Alarm auslösen, um den Gärtner auf die drohende Gefahr hinzuweisen.

Sicherheitsmechanismen zum Schutz des Gewächshauses

Eine gängige Schutzmaßnahme ist der Sturmschutz, um Schäden an der Lüftung zu verhindern. Hierzu muss die Klimasteuerung über einen Windstärkenmesser verfügen. Typischerweise wird die Lüftung bei aufkommendem Sturm geschlossen und geschlossen gehalten, bis die Windstärke sich wieder in einem ungefährlichen Bereich befindet.

Sicherheitsmechanismen zum Schutz der Pflanzen

Verschiedene Einrichtungen der Klimasteuerung können die Pflanzen vor Schaden bewahren. Hierzu gehören der Frostschutz und der Schutz vor übermäßiger Sonneneinstrahlung ("verbrennen"). Durch entsprechende Messfühler können aber auch Platzregen oder Hagel erkannt werden. Die Pflanzen werden dann durch schließen des Hauses geschützt.

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