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Wachstumskammern

Exakt reproduzierbare Bedingungen in Wachstumskammern

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Erreicht werden Regelgenauigkeiten von unter 1 K und Feuchtekonstanzen von max. drei bis fünf Prozent r.F.

Als vorbereitende Maßnahme musste Hartmut Reichert das komplette Kaltwassersystem im Bereich der bestehenden Pflanzenwuchs-Kammern umplanen und entsprechend an die neuen Anforderungen anpassen. In diesem Zuge wurde auch das Dampfsystem für die Dampfbefeuchtung in den Kammern sowie das Wassersystem für die Wasserversorgung der Phytotrone umgebaut und angepasst. „Aufgrund der erhöhten Temperaturanforderungen war darüber hinaus eine neue Kälteanlage mit zwei Tieftemperatur-Kältemaschinen erforderlich“, so Reichert. Die Grundversorgung erfolgt mit einer Kältemaschine, die eine Kaltwassersole mit einer Temperatur von -5 °C erzeugt; für die Spitzenkühlung ist eine Kältemaschine mit einer Kühlsole von -20 °C parallel geschaltet.

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Kammerüberwachungs- und Regelungstechnik

„Bei begehbaren Pflanzenzucht-Kammern ist Johnson Controls seit einigen Jahren bereits europaweit Marktführer, auch in technologischer Hinsicht“, sagt Johann Feigh von JC. Die im folgenden aufgeführten Spezialentwicklungen für das GMI belegen dies: Während in herkömmlichen Pflanzenwuchs-Kammern normalerweise noch manuell bewässert wird, ist man hier planerisch einen neuen Weg gegangen. Automatisch werden die Pflanzen in speziellen Wannen bewässert, wobei Zeitpunkt, Zeitzyklus und Bewässerungsdauer frei programmierbar gesteuert werden können. „Dieses in konventionellen Pflanzenanzucht-Kammern bislang noch nie realisierte automatische Anstau-Bewässerungssystem ist aufgrund der großen Zahl von einzelnen Pflanzschalen zwar mit einem gewissen technischen Aufwand verbunden; es erspart aber Personalkosten und Arbeitszeit und sichert die zeit- und mengengenaue Wasserzufuhr am gesamten Pflanzgut“, erläutert Peter Schulte von Johnson Controls.

Auch in punkto Lichttechnik ging man neue Wege. Während herkömmliche Pflanzenwuchs-Kammern mit einer vorher festgelegten Lichtquelle und somit nicht veränderbaren Spektralanteilen bestückt werden, hat man hier eine Kammer komplett mit einer LED-Beleuchtung bestückt. Durch die Wahl von fünf unterschiedlichen Lichtfarben, die einzeln stufenlos gesteuert werden können, ist es möglich, die Spektren zu mischen, einzelne Farben auszublenden oder zu verstärken um deren Einfluss auf die Pflanze zu erforschen. „Kombiniert mit der breiten Temperaturspreizung können wir damit komplette Jahreszyklen und Tagesabläufe simulieren“, so Borries Luberacki. Wichtig bei solchen Anlagen für wissenschaftliche Anwendungen ist ein Bediensystem, das es dem Betreiber gestattet, jederzeit und an jedem Ort Einsicht in den laufenden Kammerbetrieb zu haben und historische Daten einsehen, abrufen und auswerten zu können. Dafür hat Johnson Controls als Hard- und Softwarekonzept das ESC 300 entwickelt. Hiermit lassen sich in Klimakammern die Temperatur, Feuchte und Frischluft als auch Beleuchtung sowie Bewässerung und andere Zusatzfunktionen steuern, regeln bzw. programmgesteuert ausführen. Dank Java Applets ist das von jedem PC aus per Internet-Browser möglich.

Ein weiterer wichtiger Schlüssel zum Erfolg ist eine objektive Auswertung des Pflanzenmaterials nach unterschiedlichen Kriterien. Um die subjektiven Eindrücke unterschiedlicher Betrachter auszuschließen, ist am GMI ein spezielles, für Lichtregale und A. thaliana geeignetes Kamerasystem installiert, das den Pflanzenbestand in frei programmierbaren Zeitzyklen fotografiert und die Bilder archiviert.

Fazit: Komplexe Projekte erfordern hohe Kommunikation

Normalerweise rechnet man aufgrund der hohen technischen Anforderungen allein für die Planungszeit einer solchen Anlage mit mindestens einem Jahr. Aufgrund der engen Zusammenarbeit der GMI-Wissenschaftler mit Tcon und der Johnson Controls konnte diese Planungszeit wesentlich reduziert werden. Die Bauausführung gelang ebenfalls in erstaunlich kurzer Zeit: Begonnen im Dezember 2009, war der erste Bauabschnitt Mitte April 2010 fertig gestellt, der zweite Bauabschnitt soll im September 2010 in Betrieb gehen – man kann letztlich von einer Gesamtbauzeit von ca. zehn Monaten sprechen.

Borries Luberacki: „Aus unserer Sicht ist es aufgrund des hohen Kommunikationsbedarfs bei solchen komplexen Projekten wichtig, dass im gesamten Projektablauf die beteiligten Personen gleich bleiben – auf Seiten des Auftraggebers ebenso wie auf Seiten des Planers und des Lieferanten.“ Luberacki zeigt sich absolut zufrieden mit dem Ergebnis dieses Projektes, mit der Beratung und Planung ebenso wie mit dem Projektmanagement, der installierten Technik und der Termintreue.

Tcon als Planer und Johnson Controls als Lieferant der Kammer-Komponenten haben am GMI ein Phytotron-System mit Kameraauswertung geliefert, das in seiner Komplexität und dem Grad der Automatisierung richtungsweisend für die biologische Forschung ist. Alles in allem wurde hier planerisch und technisch ein Benchmark gesetzt.

*Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann, Redaktionsbüro bitpress, 67245 Lambsheim

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