Je leest:

Rekenen in de kas

Rekenen in de kas

Auteur:

In een nieuw type energiezuinige kas blijven de ramen dicht en wordt energie opgeslagen en hergebruikt. Wiskundigen onderzoeken hoe deze energie zo efficiënt mogelijk kan worden gebruikt.

De afgelopen week rekende een team van wiskundigen aan energiezuinige kassen. Ze deden dat tijdens de studiegroep Wiskunde met de Industrie: een jaarlijks terugkerend evenement waarbij ruim zeventig wiskundigen uit de hele wereld een week lang bij elkaar komen om aan zes problemen – van technische, financiële, medische en logistieke aard – te werken. Bedrijven brengen een probleem in waar ze in de praktijk mee worstelen en waarvan ze denken dat wiskunde een oplossing kan bieden. Dit jaar organiseerde de Universiteit Utrecht de studiegroep. Naast de kassen werd er onder andere gewerkt aan het modelleren van een hartpomp voor het Academisch Medisch Centrum en het inroosteren van stewardessen voor de Koninklijke Luchtvaart Maatschappij.

Tijdens de Studiegroep werkte een team van wiskundigen aan een vraag over een nieuwe, energiezuinige kas: de GeslotenKas.

Het bedrijf Innogrow bracht dit jaar de wiskundigen een vraag over kassen. Het bedrijf ontwikkelde een nieuwe, energiezuinige kas: de GeslotenKas. Bij deze kas blijven de ramen gesloten en wordt overtollige energie opgeslagen in de grond en later weer gebruikt. Dit zorgt ervoor dat deze kas minder energie gebruikt en dus goedkoper én milieuvriendelijker is. Toch staan tuinders nog niet in de rij om deze kas te kopen, de investering is hoog en het duurt vijf tot zeven jaar voor die zich terugbetaalt. Dat moet sneller kunnen. Innogrow vroeg de wiskundigen om een model te maken voor de kas, waarin de best mogelijke instellingen bepaald kunnen worden. Het liefst wil het bedrijf het klimaat in de kas zo goed mogelijk beheersen, met zo min mogelijk kosten, een zo laag mogelijk energiegebruik én een zo hoog mogelijke opbrengst.

De wiskundigen besloten al snel dat het verstandig was om zich op één aspect te storten: het energiegebruik. Zelfs met deze beperking kostte het nog veel tijd om het probleem echt te begrijpen. Wiskundige Claude Archer: “In het begin was het probleem helemaal niet duidelijk, het kostte ons anderhalve dag om uit te zoeken wat alle onderdelen in de kas doen. Er zijn allerlei manieren om warmte en energie op te wekken en met elkaar uit te wisselen. We moesten van elke manier begrijpen hoe hij werkt en wat hij kost aan energie.”

Toen het team eenmaal doorhad wat alles deed en dat een warmtepomp niet alleen warmte kon pompen, maar ook kou, was het omzetten naar wiskundige formules niet zo moeilijk. Ze moesten wel rekening houden met een extra eis: op jaarbasis mag er geen warmte in de grond achterblijven: de kas moet dus evenveel energie uit de grond halen als erin gestopt wordt.

De wiskundigen besloten zich in twee groepen te verdelen: de eerste groep keek naar de beste strategie op de korte termijn: daarbij hoef je geen rekening te houden met de eis op jaarbasis. De andere groep zocht naar de beste strategie voor de langere termijn. Het korte termijnprobleem is inmiddels opgelost: de wiskundige vergelijkingen zijn zo eenvoudig dat de optimale oplossing met de computer berekend kan worden.

De GeslotenKas is een klimaat- en energiesysteem waarmee maximale controle wordt verkregen over de groeifactoren luchtvochtigheid (RV), temperatuur (T) en CO2 Het direct kunnen sturen van het kasklimaat resulteert in een productiestijging van mimimaal 20% per m2. Daarnaast functioneert de GeslotenKas als energiebron. In de GeslotenKas wordt de overtollige zonnewarmte geoogst, opgeslagen en gebruikt op het moment dat daar behoefte aan is. Het aanwenden van deze energie resulteert in energiebesparing van minimaal 35%.

Lou Ramaekers van Innogrow is tevreden over de vooruitgang: “De modellen die de wiskundigen gebruiken zijn niet gloednieuw, maar hier duikt iedereen er helemaal in, ze diepen de theorie uit en zoeken rigoureus naar de allerbeste oplossing. In het bedrijfsleven hebben we daar domweg geen tijd voor.”

De hamvraag is nu of de beste strategie voor de korte termijn uitgebreid kan worden naar de beste strategie voor een jaar. Archer: “De strategie voor de zomer en winter is niet zo moeilijk: in de zomer is er veel zonnewarmte en sla je alle energie die je over houdt op in de grond. In de winter heb je extra warme nodig en haal je die steeds uit de grond. Maar wat doe je in de lente en herfst?”

Het korte termijnmodel berekent per uur voor vijftien verschillende variabelen de beste waarde. Op jaarbasis geeft dat meer dan 100.000 waarden. Voor het lange termijnmodel moet ook nog de extra eis van energiebehoud gelden, daarom is niet zeker of de jaarplanning op dezelfde manier als de korte termijnplanning te maken is. De berekeningen worden een stuk lastiger. Als het tijdens de Studiegroep niet meer lukt om het model uit te breiden naar de lange termijn, hebben de wiskundigen de rest van het jaar iets om over na te denken.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 02 februari 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE