Analyse und Berechnung des thermischen Systems eines mobilen Gewächshausmoduls

Abstract

Naturkatastrophen und eine wachsende Desertifikation werden das Leben auf der Erde in Zukunft stark verändern und beinträchtigen. Ursache hierfür ist der derzeitige Klimawandel und seine weitreichenden Folgen. Zusätzlich wird der Lebensraum durch eine steigende Population immer knapper was zu sozialen Konflikten führen kann. Ein geregeltes und moderates Leben wie wir es heute noch kennen, könnte schon bald für weite Teile der Bevölkerung zu einer Herausforderung werden. Eine der größten Gefahren besteht darin, dass so etwas Grundlegendes wie die Bereitstellung von genügend Nahrung durch Ernteausfälle, Produktionsausfälle oder einfach durch Rohstoffknappheit gestört wird. Gerade in nicht abzusehenden Situationen, die plötzliche und unmittelbare Auswirkungen auf das Leben von vielen Menschen haben, muss schnell gehandelt werden. Wird zudem die Infrastruktur durch die aktuellen örtlichen Gegebenheiten behindert und eine ausreichende konstante Lieferung von Hilfsgütern ist nicht mehr gewehrleistet, müssen andere Wege gefunden werden um den Nahrungsbedarf zu decken. Eine Möglichkeit hierzu wären mobile entfaltbare Pflanzenanbaueinheiten – MEPA, ein Gewächshaus indem selbstständig und ohne den Bedarf an Arbeitskräften, Pflanzen gezüchtet werden können. In der folgenden Arbeit soll der Entwurf zu einem Prototyp entstehen der diese Aufgabe übernehmen kann. Die Idee hierfür stammt aus dem Institut für Raumfahrtsysteme am DLR in Bremen. Die Überlegung ist, speziell für die Raumfahrt entwickelte Technologien zu nutzen, um neuartige Kultivierungssysteme zu entwerfen. Dadurch ist ein ressourcensparendes und ortsunabhängiges Produzieren von lebensnotwendigen Nahrungsmitteln möglich bei gleichzeitiger Erzielung eines hohen Ernteoutputs. Die Aufgabe speziell in dieser Arbeit ist die thermodynamische Betrachtung des geschlossenen Gewächshausmoduls. Hierzu wird ein Berechnungsmodell zur Regulierung und Analyse des thermischen Systems mit Matlab erstellt. Zudem werden herkömmliche und innovative Vorgehensweise zur Beeinflussung des Klimas in geschlossenen Gewächshäusern vorgestellt, mit dem das System effizienter gestaltet werden kann. Eine Simulation der verschiedenen Maßnahmen zur Effizienzsteigerung mit Hilfe des Berechnungsmodells soll die Auswirkung auf die Gewächshausatmosphäre aufzeigen. Anhand der Ergebnisse dieser Simulation können die verschiedenen Maßnahmen miteinander vergleichen und auf ihre Effektivität hin untersucht werden. Exemplarisch für einen ariden und heißen Ort, wurden die Messwerte von Marrakesch in Marokko für die Berechnung verwendet. Durch die Auswertung der Berechnungen ergibt sich welcher technische Aufwand erforderlich ist und welche Veränderungen notwendig sind, um das Projekt durchzuführen. Die Arbeit dient damit somit auch dem Zweck einer Machbarkeitsstudie.