Gewächshauslüftung und -heizung: Ratgeber zu Lüftungsöffnungen, Ventilatoren und Heizgeräten

Was versteht man unter Gewächshauslüftung und -heizung?

Gewächshauslüftung ist der kontrollierte Austausch von Innenluft gegen Außenluft über Dach- und Seitenöffnungen oder Abluftventilatoren, um Wärme, Feuchtigkeit und verbrauchte Luft abzuführen. Die Gewächshausheizung ersetzt die Energie, die eine Konstruktion nachts und im Winter verliert, damit die Kultur in ihrem Zieltemperaturbereich bleibt. Zusammen mit Kühlung und Luftzirkulation bilden sie ein System zur Klimaregelung im Gewächshaus.

Die meisten Kulturverluste, die auf „schlechtes Wetter“ zurückgeführt werden, sind tatsächlich Folgen mangelhafter Klimaregelung: Blattverbrennungen an einem sonnigen Frühlingsnachmittag bei geschlossenen Lüftungsöffnungen, Botrytis nach einer feuchten Nacht ohne Luftbewegung oder Frostschäden bei einem Heizungsausfall. Dieser Ratgeber erläutert, wie Sie Lüftungsöffnungen und Ventilatoren dimensionieren, eine Gewächshausheizung auswählen und auslegen und wie beide Systeme im Jahresverlauf zusammenarbeiten. Für ein Hobbygewächshaus mit 20 m² gelten dieselben physikalischen Grundlagen wie für eine mehrere Hektar große Gewächshausanlage; lediglich die Größenordnung der Ausstattung ändert sich.

Brauchen Gewächshäuser eine Lüftung?

Ja, jedes Gewächshaus braucht Lüftung, auch im Winter. Ein geschlossenes Gewächshaus erwärmt sich bei Sonnenschein schnell, weil die Eindeckung kurzwellige Sonnenstrahlung hineinlässt und die Wärme zurückhält. An einem klaren Tag können die Innentemperaturen deutlich über 35 °C steigen, selbst wenn es draußen kühl ist. Die Lüftung erfüllt außerdem drei weitere Aufgaben:

• Regelung der Luftfeuchtigkeit. Pflanzen geben durch Transpiration große Wassermengen ab. Ohne Luftaustausch steigt die relative Luftfeuchtigkeit bis nahe an die Sättigung, auf den Blättern bildet sich Kondenswasser und Pilzkrankheiten folgen.
• CO2-Nachschub. In einem geschlossenen Gewächshaus können Pflanzen die Kohlendioxidkonzentration tagsüber unter das Niveau der Außenluft senken, was das Wachstum verlangsamt.
• Gleichmäßige Bedingungen. Bewegte Luft löst warme und kalte Luftzonen auf und verringert die Temperaturschichtung zwischen Dach und Pflanzenbestand.

Welche Arten von Gewächshauslüftungssystemen gibt es?

Ein Gewächshauslüftungssystem arbeitet entweder natürlich (passiv), mechanisch (ventilatorgestützt) oder als Kombination aus beidem.

Natürliche Lüftung: Dach- und Seitenöffnungen

Die natürliche Lüftung nutzt den Kamineffekt (warme Luft steigt durch eine Dachlüftungsöffnung aus dem Gewächshaus) und den Winddruck, um Luft durch Öffnungen zu bewegen. Typische Ausführungen sind durchgehende Firstlüftungen, aufklappbare Dachfenster bei über Rinnen verbundenen Gewächshäusern, aufrollbare Seitenwände bei Foliengewächshäusern und Lamellenlüftungen bei kleineren Konstruktionen. Beratungsempfehlungen sehen häufig vor, dass sowohl die gesamte Dachlüftungsfläche als auch die gesamte Seitenlüftungsfläche jeweils etwa 15–20% der Grundfläche betragen, in heißen Klimazonen auch mehr. Die natürliche Lüftung benötigt fast keinen Strom, hängt jedoch vom Wind und von der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen ab.

Mechanische Lüftung: Abluftventilatoren und Zuluftlamellen

Ein Gewächshaus-Abluftventilator saugt an einem Ende Luft ab, während motorisierte oder schwerkraftbetätigte Lamellen am anderen Ende Luft einlassen. Dies ermöglicht einen berechenbaren Luftaustausch unabhängig vom Wind, geht jedoch mit Stromverbrauch, Geräuschentwicklung und dem Bedarf an einer Notstromversorgung einher.

Umluftventilatoren

Gewächshaus-Umluftventilatoren, häufig als Ventilatoren für horizontale Luftströmung (HAF) bezeichnet, tauschen keine Luft mit der Umgebung aus. Sie durchmischen die Innenluft, um die Temperatur auszugleichen, Blattoberflächen zu trocknen und Krankheiten zu reduzieren. Sie laufen üblicherweise, wenn die Abluftventilatoren ausgeschaltet sind, insbesondere nachts und im Winter.

Wie dimensionieren Sie Lüftungsventilatoren für Gewächshäuser?

Die Auslegung der Ventilatoren beginnt mit dem Luftvolumen, das Sie pro Minute bewegen müssen. Eine in der landwirtschaftlichen Beratung verbreitete Faustregel ist etwa ein vollständiger Luftwechsel pro Minute im Sommer und etwa ein Viertel davon im Winter, berechnet aus der Grundfläche multipliziert mit einer angenommenen Höhe von etwa 2.4 m (8 ft).

1. Messen Sie die Grundfläche. Beispiel: Ein Gewächshaus mit 9.6 m × 30 m = 288 m².
2. Multiplizieren Sie mit der Auslegungshöhe. 288 m² × 2.4 m ≈ 690 m³.
3. Wenden Sie die Luftwechselrate an. Sommer: 690 m³ pro Minute oder etwa 41,000 m³/h. In sehr heißen Klimazonen setzen manche Planer 1.25–1.5 Luftwechsel pro Minute an.
4. Wählen Sie Ventilatoren anhand des statischen Betriebsdrucks aus. Lesen Sie die Ventilatorkennlinien bei etwa 25–30 Pa ab, nicht bei Nulldruck, denn Lamellen, Netze und Kühlpads erhöhen den Strömungswiderstand.
5. Verteilen Sie die Leistung auf mehrere Ventilatoren oder Stufen. Mehrere kleinere Ventilatoren oder Ventilatoren mit zwei Drehzahlstufen ermöglichen es einer Steuerung, den Luftstrom an die Jahreszeit anzupassen, statt einen großen Ventilator ständig ein- und auszuschalten.
6. Dimensionieren Sie die Zuluftöffnungen. Die freie Zuluftfläche sollte mindestens etwa das 1.25-Fache der gesamten Ventilatoröffnungsfläche betragen, damit die Ventilatoren ausreichend Luft ansaugen können.
7. Prüfen Sie Ventilatorabstände und Luftwege. Halten Sie zwischen den Abluftventilatoren möglichst nicht mehr als etwa 7–8 m Abstand ein und vermeiden Sie Luftwege von deutlich mehr als etwa 45 m (150 ft) zwischen Zuluftöffnung und Ventilator.

Für einen Ventilator in einem kleinen Gewächshaus gilt dieselbe Methode im kleineren Maßstab: Ein Gewächshaus mit 3 m × 4 m benötigt im Sommer etwa 29 m³ pro Minute. Kleine Gewächshaus-Abluftventilatoren mit Thermostat bieten eine einfache Lösung: Der Thermostat schaltet den Ventilator bei einer eingestellten Temperatur ein, und eine Schwerkraft-Lamellenklappe an der gegenüberliegenden Wand öffnet sich.

Für die Luftumwälzung gilt häufig ein Richtwert von etwa 2 cfm pro Quadratfuß Grundfläche (ungefähr 0.6 m³ pro Minute pro m²). Die Ventilatoren werden so angeordnet, dass die Luft auf einer Seite des Gewächshauses entlangströmt und auf der anderen Seite zurückfließt.

Wie funktioniert die Gewächshauskühlung über die Lüftung hinaus?

Lüftung kann die Innentemperatur nur in Richtung der Außentemperatur absenken. Ist die Außenluft bereits heiß, benötigen Sie zusätzliche Kühlung:

• Schattierschirme. Außenschattierung hält Wärme in der Regel wirksamer fern als Innenschattierung. Der Prozentwert eines Schattierschirms beschreibt die Lichtreduzierung, nicht eine gleich große Temperaturabsenkung.
• Verdunstungskühlung mit Ventilatoren und Kühlpads. Abluftventilatoren ziehen Luft durch nasse Zellulosepads an der gegenüberliegenden Wand. Bei trockener Luft kann dies die Temperatur um mehrere Grad senken, unter guten Bedingungen um etwa 5–10 °C. Empfehlungen der landwirtschaftlichen Beratung nennen eine Größenordnung von 1 m² Kühlpad je 20 m² Grundfläche. In feuchten Küstenklimazonen funktioniert das Verfahren nur eingeschränkt.
• Hochdruckvernebelung. Feine Tröpfchen verdunsten, bevor sie die Blätter erreichen, und kühlen und befeuchten dabei die Luft. Die Vernebelung benötigt sauberes Wasser; planen Sie daher eine Filtration oder Umkehrosmose ein.

Lohnen sich automatische Fensteröffner für Gewächshäuser?

Eine automatische Gewächshauslüftung lohnt sich fast immer, denn die Temperatur kann schneller steigen, als jemand reagieren kann. Es gibt zwei Haupttypen:

• Automatische Fensteröffner mit Wachszylinder. Wachs in einem geschlossenen Zylinder dehnt sich bei Erwärmung aus und bewegt einen Kolben, der das Lüftungsfenster anhebt. Diese Öffner benötigen keinen Strom und eignen sich für kleine Gewächshäuser und Hobbygewächshäuser. Die Öffnungstemperatur lässt sich innerhalb eines bestimmten Bereichs einstellen, doch auf Luftfeuchtigkeit, Regen oder Wind können sie nicht reagieren.
• Motorisierte Lüftungsöffnungen. Zahnstangenantriebe oder Folienaufrollmotoren werden über einen Klimacomputer gesteuert. In gewerblichen Gewächshäusern werden sie mit Temperatur-, Luftfeuchtigkeits-, Windgeschwindigkeits- und Regensensoren verbunden, damit sich die Lüftungsöffnungen bei Sturm schließen und stufenweise öffnen.

Wenn Sie Insektenschutznetze an Lüftungsöffnungen anbringen, bedenken Sie, dass diese den Luftstrom verringern. Daher muss die Lüftungsfläche gegebenenfalls vergrößert werden.

Welche Gewächshausheizsysteme sind am wichtigsten?

Die richtige Gewächshausheizung hängt von der Größe des Gewächshauses, dem verfügbaren Brennstoff und der für die Auslegung angesetzten nächtlichen Außentemperatur ab.

Ein Warnhinweis zur Verbrennung: Gas- oder Petroleumheizungen ohne Abgasführung setzen Kohlenmonoxid, Stickoxide und Ethylen frei, die empfindliche Kulturen schädigen und Beschäftigte gefährden können. Heizgeräte mit Abgasführung nach außen sind die sicherere Wahl für jedes Gewächshaus, in dem Menschen arbeiten.

Wie dimensionieren Sie eine Gewächshausheizung?

Die Heizleistung muss mindestens dem Wärmeverlust in der kältesten für die Auslegung angesetzten Nacht entsprechen. Die Grundformel lautet Q = U × A × ΔT:

• A ist die gesamte Eindeckungsfläche (Dach, Wände und Giebel), nicht die Grundfläche. Bei einem freistehenden Gewächshaus beträgt sie häufig etwa das 1.5–2-Fache der Grundfläche.
• U ist der Wärmedurchgangskoeffizient der Eindeckung. Ungefähre Werte: Einfachglas etwa 6 W/m²K, luftgepolsterte doppelte Polyethylenfolie etwa 4 W/m²K, Polycarbonat-Doppelstegplatten etwa 3.3–3.6 W/m²K. Herstellerangaben haben Vorrang vor diesen Richtwerten.
• ΔT ist die Differenz zwischen dem Innentemperatur-Sollwert und der Auslegungs-Außentemperatur. Ein Ansatz aus der landwirtschaftlichen Beratung besteht darin, vom durchschnittlichen Januar-Minimum Ihrer Region etwa 8 °C (15 °F) als Sicherheitsmarge abzuziehen.

Beispiel: 500 m² Eindeckung aus doppelter Polyethylenfolie, U = 4 W/m²K, innen 15 °C, Auslegungs-Außentemperatur −5 °C (ΔT = 20 K). Q = 4 × 500 × 20 = 40,000 W oder 40 kW. Rechnen Sie je nach Dichtheit der Konstruktion etwa 10–25% für Luftundichtigkeiten hinzu. Damit steigt der Bedarf auf etwa 45–50 kW. Verteilen Sie diese Leistung auf mindestens zwei Heizgeräte, damit ein einzelner Ausfall nicht zum Erfrieren der Kultur führt.

Mit derselben Berechnung lässt sich ermitteln, welche Leistung eine Heizung für ein kleines Gewächshaus liefern muss. Ein Polycarbonat-Gewächshaus mit 3 m × 4 m hat etwa 40–45 m² Eindeckungsfläche. Um die Innentemperatur 10 °C über der Außentemperatur zu halten, sind etwa 1.5–2 kW erforderlich. Deshalb ist eine elektrische Gewächshausheizung mit 2 kW und Thermostat eine gängige Wahl für den Frostschutz in kleinen Gewächshäusern.

Wie sollte die Temperaturregelung im Gewächshaus eingerichtet werden?

Eine gute Temperaturregelung im Gewächshaus hängt vor allem von Sensoren und abgestimmten Schaltfolgen ab, weniger von der Anlagengröße.

1. Platzieren Sie den Sensor richtig. Montieren Sie ihn auf Pflanzenhöhe in der Mitte des Gewächshauses in einem beschatteten und belüfteten (aspirierten) Gehäuse. Ein Sensor in direkter Sonne oder neben einem Heizgerät liefert falsche Messwerte.
2. Regeln Sie Heizung und Kühlung stufenweise. Typische Abfolge an einem warmen Tag: Lüftungsöffnungen schrittweise öffnen, dann Ventilatoren stufenweise zuschalten und anschließend die Verdunstungskühlung aktivieren. In einer kalten Nacht: Lüftungsöffnungen schließen, Umluftventilatoren betreiben und dann Heizgeräte stufenweise zuschalten.
3. Sehen Sie eine Totzone vor. Halten Sie zwischen Heiz- und Lüftungssollwert einen Abstand von einigen Grad ein, damit Heizung und Lüftung nicht gegeneinander arbeiten.
4. Ergänzen Sie eine Feuchtigkeitsregelung. Kurzes Heizen bei leicht geöffneten Lüftungsöffnungen senkt die Luftfeuchtigkeit in der Morgendämmerung und verringert dadurch die Kondensation auf Früchten und Blättern.
5. Installieren Sie Alarme und eine Notversorgung. Ein Alarm bei zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen, eine Notstromversorgung für Ventilatoren und Steuerungen sowie eine manuelle Übersteuerung bieten eine kostengünstige Absicherung.

Bei größeren Projekten lohnt sich eine integrierte Steuerung, die Lüftungsöffnungen, Ventilatoren, Schirme, Heizgeräte und Bewässerung gemeinsam regelt. Unser IoT-Polycarbonat-Gewächshaus mit Getriebeantrieb ist ein Beispiel für eine Konstruktion, die für diese Art der sensorgestützten Regelung ausgelegt ist.

Wie funktionieren Gewächshäuser im Winter?

Gewächshäuser funktionieren im Winter, indem sie tagsüber Sonnenenergie aufnehmen, die Wärme durch eine gut abgedichtete und gedämmte Eindeckung halten und bei Bedarf zusätzlich beheizt werden. Ob Sie überhaupt eine Heizung benötigen, hängt von Ihrem Klima und Ihrer Kultur ab. In milden Klimazonen kann ein unbeheiztes Gewächshaus winterhartes Blattgemüse und überwinternde Pflanzen in den meisten Nächten vor Frost schützen. In kalten Klimazonen erfordert der ganzjährige Gewächshausanbau wärmeliebender Kulturen wie Tomaten und Gurken eine Heizung und häufig auch Zusatzbeleuchtung.

Merkmale eines Gewächshauses für den Winter und kalte Klimazonen:

• Wärmedämmende Eindeckung. Polycarbonat-Doppelsteg- oder Mehrfachstegplatten, luftgepolsterte Doppelfolie oder Doppelverglasung. Lesen Sie unseren Vergleich Polycarbonat oder Glas für die Gewächshauseindeckung.
• Ein auf die Schneelast ausgelegtes Tragwerk mit ausreichend steiler Dachneigung, damit Schnee abrutschen kann. Tragwerke aus verzinktem Stahl und Aluminium behandeln wir in Gewächshaus-Tragwerke: Aluminium, Stahl und Holz im Vergleich.
• Energie- oder Wärmeschirme, die nachts schließen und Wärmeverluste durch das Dach verringern.
• Dichte Konstruktion: abgedichtete Türen, vollständig schließende Lüftungsöffnungen und möglichst wenige Spalten am Sockel.
• Gedämmte Nordwand oder bei kleinen Anlagen ein Anbau an ein beheiztes Gebäude. Lesen Sie den Ratgeber zu Anlehngewächshäusern.

Mobile Gewächshäuser und Pop-up-Folienzelte bieten einen gewissen Frostschutz, verlieren jedoch schnell Wärme und sind anfällig für Wind und Schnee. Sie eignen sich eher zur Saisonverlängerung als für einen echten Winteranbau. Hinweise zur Auswahl einer stabilen kleinen Konstruktion finden Sie in unserem Ratgeber zu kleinen, Mini- und mobilen Gewächshäusern.

Wie beeinflusst die Bauweise Lüftung und Heizung?

Lüftung und Heizung sollten zusammen mit der Konstruktion geplant und nicht erst nachträglich ergänzt werden. Rinnenhöhe, Anordnung der Dachlüftung, Eindeckung und Spannweite beeinflussen, wie viel Luft bewegt werden kann und wie viel Wärme verloren geht. Größere Rinnenhöhen schaffen ein größeres Luftpolster und stabilere Temperaturen. Durchgehende Dachlüftungen an einem Mehrschiff-Gewächshaus aus Polycarbonat verbinden Wärmedämmung mit leistungsfähiger natürlicher Lüftung. Ein foliengedecktes Mehrschiff-Gewächshaus mit Stahltragwerk mit aufrollbaren Seitenwänden und Dachlüftung ist dagegen eine kostengünstigere Option für wärmere Regionen.

Mars Vertical Farm fertigt Gewächshauskonstruktionen in Shanghai und passt Lüftungsöffnungen, Wandhöhen und Befestigungspunkte für die Ausstattung an die klimatischen Bedingungen am Kundenstandort an. Heizgeräte und Ventilatoren werden projektspezifisch ausgelegt und nicht als eigenständige Produkte verkauft. Entdecken Sie unsere Gewächshäuser und Wintergärten, lesen Sie den Ratgeber zu gewerblichen Gewächshäusern mit Informationen zu den Bauformen oder senden Sie uns Ihren Standort, Ihre Kultur und die geplante Größe, um eine Gewächshausplanung und ein Angebot zu erhalten.

Quellen

• UMass Extension: Lüftung für Gewächshäuser
• Landwirtschaftlicher Beratungsdienst Alabama: Klimaregelung im Gewächshaus für Gemüsekulturen