Überwachung der Luft- und Bodentemperatur im beheizten Frühbeet mit Funkthermometern (min/max)

Das beheizte Frühbeet — Teil 1: Isolation, Heizung und Temperaturregelung

Mit einem beheizten Frühbeet, einem „hot frame“, einem warmen Frühbeetkasten, einem „Mistbeet 2.0“ oder wie auch immer man es bezeichnen möchte, ist es auch im Winter möglich frisches Gemüse wie z.B. Gurken in Deutschland zu erzeugen. Wie sonst konnten schon vor über 100 Jahren (je nach Quelle auch 200 Jahre), als Gewächshäuser noch nicht verbreitet waren, Adelige im Winter Bohnen, Salate, frische Möhren, Gurken und sogar Ananas geniessen. Wurden diese beheizten Frühbeete damals noch mit verrottendem Pferdemist — davon gab es schließlich mehr als genug — auf Temperatur gehalten, bieten sich heute andere, energie- und arbeitssparendere Möglichkeiten an. Diese werde ich in der Reihe „Das beheizte Früheet“ vorstellen. Diese Artikel bauen auf den Artikeln Das Frühbeet Teil 1 und Das Frühbeet Teil 2 auf, die sich mit nicht-beheizten Frühbeeten beschäftigen.

Schon vor über 100 Jahren: Frische Gurken, Bohnen und Ananas zu Weihnachten

Früher, als die Transportlogistik nur auf Kutschen setzen konnte, suchte man nach Möglichkeiten das ganze Jahr hindurch schmackhaftes Gemüse und Früchte zu erzeugen. Den Gutsherren war es früher auch schon zu fade, sich nur von Lagergemüse zu ernähren. Zudem hatte es zu damaliger Zeit viel mit Prestige zu tun, wenn man seinen Gästen im Winter frische grüne Bohnen, Kopfsalat und frische junge Karotten servieren konnte. Die Krönung des Ganzen aber war die eigene Zucht von Ananas: die Königsdisziplin. Diese Frucht war zur damaligen Zeit überaus wertvoll, da es noch keine Transportkette gab, die die Ananas aus den tropischen Anbaugebieten ins kühle Nordeuropa hätte bringen konnte.

Wie waren die Gärtner zu jener Zeit — genug „Men Power“ vorausgesetzt — in der Lage Südfrüchte und im Winter knackige junge Gemüse zu erzeugen? Beheizte Gewächshäuser waren damals noch nicht sehr verbreitet und so liegt das Geheimnis in den sogenannten Mistbeeten. Nichts anderes als Frühbeete mit einer satten Packung von frischem Mist als Unterbau. Besonders geeignet war wohl Pferdermist, wenn man der alten Literatur glauben darf. Dieser wurde aber auch wenn nicht in ausreichender Menge verfügbar mit Laub, Lumpen, Grasschnitt o. Ä. gestreckt. Ziel war es immer durch Fermentation zu jeder Jahreszeit eine optimale und gleichmäßige Wärme für die Pflanzen zu erzeugen.

Die Briten haben diese Technologie schon zu viktorianischer Zeit zur Perfektion getrieben. Sie entwickelten jene Vorrichtung, die man als „Pineapple Pit“ bezeichnet. Diese Grube besteht im wesentlichen aus drei Kammern. Eine mittlere Kammer, in der die Ananaspflanzen — geschützt von einer Glasabdeckung — wachsen und zwei weitere Kammern, die den verrottenden, warmen Pferdemist enthalten. Verbunden waren diese Kammern mit Kanälen, damit die freiwerdende Wärme in die mittlere Kammer strömten konnte. Die Trennung der eigentlichen Kulturkammer von den Kammern zur Beheizung brachte den großen Vorteil, dass man den Pferdemist, wenn er zu sehr abgekühlt war, auch austauschen konnte ohne die Kultur zu stören. Das war vor allem bei der Ananas mit einer mehrjährigen Kulturdauer von Bedeutung. Ein solches historisches „Pineapple Pit“ in Betrieb lässt sich in den Lost Gardens of Heligans bestaunen.

Heutige Anforderungen an ein beheiztes Frühbeet

Vom historischen Abriss nun ein großer Sprung zum Jetzt. Wohl Jedem, der nicht über einen eigenen Ponyhof (und kostenlose Arbeitskraft?!) verfügt, dürfte klar sein, dass die Beheizung eines Frühbeets mit Pferdemist nicht gangbar ist. Viel leichter ist es, sich die Technik zu nutze zu machen, um eine gleichbleibende Temperatur im Frühbeet zu erzeugen. Im sehr kleinen Maßstab geht das noch mit elektrischer Beheizung, im größeren Maßstab kann es dann Sinn machen Gas oder Öl zu verfeuern.

Im Beitrag „Das Frühbeet — Teil1: Anforderungen an ein optimales Frühbeet“ hatte ich bereits die aus meiner Sicht optimalen Eigenschaften zusammengestellt, die ein Frühbeet aufweisen sollte. Es ging dabei aber um nicht-beheizte Frühbeete, obwohl schon zu dieser Zeit klar war, dass ich auch mal eine Beheizung ausprobieren wollte. Für einen ganzjährigen Betrieb und damit eine Beheizung kommen noch ein paar weitere Punkte hinzu, die nicht direkt den Frühbeetkasten und die Abdeckung, sondern vielmehr die Beheizungstechnik betreffen.

Folgende Anforderungen an ein beheiztes Frühbeet sind also zusätzlich zu stellen:

  • Die Luft- und Bodentemperatur muss — je nach anzubauender Kultur — bis auf ca. 25°C aufgeheizt werden können, unabhängig von der Umgebungstemperatur.
  • Zu hohe Temperaturen von > 30°C müssen sicher vermieden werden (Fall tritt auf bei Beheizung und plötzlich einfallendem Sonnenlicht an klaren Tagen).
  • Der Kasten und die Abdeckung müssen sehr gut isoliert und insbesondere deren Verbindungsstellen müssen möglichst luftdicht ausgeführt sein, um möglichst wenig Heizenergie zu verbrauchen.
  • Die aktuelle Luft- und Bodentemperatur muss überwacht werden können, Min- und Max-Werte müssen aufgezeichnet werden, um kritische Werte festzustellen und die Konstruktion ggf. anpassen zu können.
  • Da die Wachstumsbedingungen trotz Beheizung nicht so optimal wie im Sommer sein können (z. B. weniger Licht, zu hohe Luftfeuchte wg. unzureichender Lüftung mit Schimmelgefahr), müssen alle anderen Faktoren, die sich beieinflussen lassen wie z.B. das Substrat oder die Temperatur des Giesswasssers optimal auf die Kultur abgestimmt sein.

Isolation des Frühbeets

Damit die teuer erzeugte Wärme möglichst lange im Frühbeet verbleibt, braucht es eine möglichst optimale Isolation. Früher hat man den ganzen Frühbeetkasten in sogenannte Umschläge aus Pferdemist eingehüllt, um eine Isolation und (und gleichzeitig zusätzliche Erwärmung) zu bewirken. Heute nimmt man besser ein Material, das, anders als der Mist, nicht ausgewechselt werden muss und zudem besser isoliert. Generell lässt sich das Isolationsmateriel innen oder außen am Frühbeetkasten anbringen.

Da das Isolationsmaterial unmittelbar Feuchtigkeit ausgesetzt ist, sind hier nur Materialien verwendbar, die verrottungsresistent, formstabil und geschlossenporig sind. Diese drei Kriterien erfüllt Styrodur oder auch XPS genannt in optimaler Weise. Es wird nicht umsonst zur Perimeterdämmung von Gebäuden eingesetzt. Man bekommt es im Baustoffhandel oder Baumarkt des Vertrauens. Schneiden kann man es mit einem langen Cutter, einem Brotmesser mit Wellenschliff oder einer japanischen Handsäge, letzteres ist vorzuziehen.

Nachdem ich den Frühbeetkasten (Bau des Frühbeetkastens siehe hier) auf vier Steinen als „Punktfundamente“ in Waage gebracht hatte, habe ich eine XPS-Platte so zugeschnitten, dass sie den Kasten zum Erdreich hin isoliert. Zugegeben, das ist noch nicht so optimal, da die Steine damit nicht isoliert sind, aber es ist ja auch der erste Entwurf eines beheizten Kastens…

Beheiztes-Fruehbeet-Fundament

Unterer Rahmen des beheizten Fruehbeets auf Punktfundament

 

Beheiztes-Fruehbett-Isolation-des-Bodens-mit-Styrodur-Platte

Beheiztes Frühbett Isolation des Bodens mit Styrodur Platte

Die Seitenwände habe ich ebenso mit Styrodur isoliert. Wichtig dabei ist es keine Wärmebrücken zu erzeugen, also Stellen an denen die Isolation durch unsauber ausgeführte Übergänge Schwächen aufweist. Die Platten habe ich so geschnitten, dass sich die sich berührenden Platten so ineinander fügen, dass keine Schlitze oder Lücken verbleiben, also nicht blos „auf Stoß“.

Beheiztes Frühbeet Isolierung der Seitenwand mit Styrodur Platte

Beheiztes Frühbeet Isolierung der Seitenwand mit Styrodur Platte

Heizung des Frühbeets

Als Heizung des Frühbeets habe ich mich für eine elektrische Variante entschieden. Klar, es ist energetisch nicht optimal, da elektrischer Strom als eine der „edelsten“ Energieformen als Wärme als eine der niedrigsten verbraucht wird. Dennoch hat Strom in diesem Fall ganz erhebliche Vorteile. Eine theoretische Alternative wäre eine Beheizung mit einem wie auch immer gearteten Brenner (Gas, Petroleum, Spiritus, Wachs, Öl etc.) oder eine Anbindung an den Heizungskreislauf des Hauses. Ersteres scheidet insbesondere aufgrund der schlechten Regulierbarkeit, letzteres aufgrund der hohen Investitionskosten aus. Es handelt sich schließlich um ein kleines beheiztes Frühbeet — einen Versuch!

Natürlich gibt es mehrere Möglichkeiten Strom in Wärme zu wandeln. Ich habe mich in dem Fall für ein Heizkabel der Fa. BIOGREEN entschieden, etwas teurer (ca. 30 €), aber steckerfertig verwendbar und von guter Qualität. Sollte ich das Ganze mal größer testen wollen, wäre es auch eine Möglichkeit einen Widerstandsdraht mit Isolation von der Rolle zu nehmen, der ist nochmal günstiger. Das Heizkabel ist in meinem Fall 10 m lang und liefert 100 W Leistung. Auf dem Bild zu sehen ist übrigens noch die 5 m (50 W) lange Version. Diese war aber zu schlapp, um die etwa 0,5 m² Fläche des Frühbeets in Extremfällen (insbesondere in der Stunde, in der die Sonne nach einem klaren Tag untergeht) schnell genug auf Temperatur zu bringen. Denn auch schon 30 min unter 10°C sind der sichere Tod für jede Gurke, da bringt es nichts, wenn nach weiteren 2 h die Temperatur für den Rest des Tages bei 20°C ist. Mehr zum Betrieb der Heizung aber dann in einem späteren Beitrag dieser Reihe.

Schlaufenförmiges Verlegen der elektrischen Kabelheizung BIOGREEEN im beheizten Frühbeet

Schlaufenförmiges Verlegen der elektrischen Kabelheizung BIOGREEEN im beheizten Frühbeet

Das Heizkabel habe ich einfach schlaufenförmig auf eine etwas verdichtete und begradigte Erdschicht über der Isolation verlegt und die Schlaufen mit kleinen Krampen aus Draht fixiert, bis ich die gesamte Heizung mit Substrat bedeckt hatte. Die einzelnen Schlaufen der Heizung dürfen sich nicht überschneiden, da die Heizung sonst Schaden nehmen kann (punktuelle Überhitzung => Isolationschaden => Kurzschluss). Auf dieses Heizkabel habe ich dann etwa 10 cm Substrat aufgebracht.

Substrat

Da in den Wintermonaten trotz Heizung nicht die besten Bedingungen für die empfindlichen Kulturen vorliegen, ist man gut beraten die Parameter, an denen man drehen kann, optimal zu gestalten. In diesem Fall geht es um das Substrats, das ich verwende, um die Gurken anzubauen. Substrat für Gurken — sicher für die Meisten hier nichts Neues — muss in erster Linie viel Wasser halten können, luftig und vor allem nährstoffreich sein. Wenn es eben geht, verwende ich nur eigenen Vermikompost statt zugekaufter Blumenerde zum Anziehen von Pflanzen. Auch bei den Gurken sollte das funktionieren. Da Kompost aber in der Regel über nicht genug Sticktstoff verfügt (Gurken sind Starkzehrer), habe ich dem Kompost eine Hand Hornmehl untergemischt. Auf dem Foto zu sehen ist der verwendete Kompost mit darin enthaltenen Eierschalen.

Reifer Kompost als Substrat für das beheizte Frühbeet

Reifer Kompost als Substrat für das beheizte Frühbeet

Temperaturregelung und Leistungsmessung im Frühbeet

Das oben beschriebene Heizkabel allein würde nicht reichen, da eine konstante Temperatur im Frühbeet erforderlich ist. Würde man es einfach in die Steckdose stecken, es würde die ganze Zeit mit seinen 100 W heizen, bis alles totgeheizt ist. Deshalb braucht es eine Temperaturregelung. An dieser Stelle wollte ich dann auch nicht sparen und habe in einen elektronischen Regler (es gibt ja auch diese mechanischen Bimetallschalter) investiert. Wieder von BIOGREEN, wieder nicht ganz günstig (ca. 60 €), aber die Verarbeitungsqualität ist wirklich klasse (siehe Bild, Gerät mit gelber Front)! Zudem ist die Bedienung selbsterklärend. Das Display zeigt die aktuelle Ist-Temperatur des Sensors, sobald man auf die Tasten „hoch“ oder „runter“ drückt, erscheint dann die Soll-Temperatur, die man dann anpassen kann. In meinem Fall steht die Soll-Temperatur auf 20°C.

Temperaturregler (l.) und Leistungsmesser (r.) am beheizten Frühbeet

Temperaturregler (l.) und Leistungsmesser (r.) am beheizten Frühbeet

Der Regler wird in die Steckdose gesteckt. Hier habe ich noch einen Leistungsmesser (weißes Gerät, siehe Bild) zwischengeschaltet, um den Verbrauch in den kommenden Monaten nachhalten zu können. Das Gerät zeigt den aktuellen Verbrauch in Watt und integriert das Ganze automatisch zu Kwh und, sofern man möchte, auch direkt in €. In die Steckkose des Reglers wiederrum wird das Heizkabel gesteckt. Die externe Sonde des Reglers (ein ca. 1,5 m langes Kabel mit Temperaturfühler an der Spitze) habe ich dann im Frühbeet auf der Bodenoberfläche platziert. Sobald die Temperatur auf der Bodenoberfläche 20°C unterschreitet, schaltet der Regler das Heizkabel an und entsprechend auch wieder aus.

Temperaturmessung (Boden und Luft) im Frühbeet

Nach dem Motto „Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser“, habe ich auch Temperaturmessungen vorgesehen, um die Funktion der Heizung zu überwachen. Dazu verwende ich zwei Funkthermometer (Sender) zusammen mit einer Basisstation (Empfänger) im Haus. Die Funkthermometer habe ich zum Schutz vor der Witterung provisorisch in einen zurechtgeschnittenen Eimer eingebaut. Unter der grünen Tonne als Witterungsschutz befindet sich der bereits gezeigte Temperaturregler und der Leistungsmesser.

Überwachung der Luft- und Bodentemperatur im beheizten Frühbeet mit Funkthermometern (min/max)

Überwachung der Luft- und Bodentemperatur im beheizten Frühbeet mit Funkthermometern (min/max)

Beheiztes Frühbeet mit Temperaturueberwachung (schwarz) und Temperaturregelung (grün)

Beheiztes Frühbeet mit Temperaturueberwachung (schwarze Regenhaube), Temperaturregelung und Leistungsmessung (grüne Regenhaube)

Die Basisstation der Temperaturmessung ist in der Lage die minimale und maximale Temperatur abzuspeichern. Das ist hilfreich, um den tatsächlichen Temperaturbereich abzubilden, der im Frühbeet über mehrere Tage bei wechselnder Witterung herrscht. Beide Funkthermometer verfügen — ähnlich wie der Regler — über eine externe Temperatursonde. Eine Sonde habe ich etwa 5 cm unter der Bodenoberfläche, eine auf der Bodenoberfläche platziert. Damit kann ich mehr oder minder die Boden- und Lufttemperatur überwachen. Das ist insofern von Belang, als dass ich keine Luftheizung, sondern eine reine Bodenheizung verwende. Da der Regler auf die Lufttemperatur (=Bodenoberfläche) einregelt, könnte es sein, dass der Boden darunter viel zu warm wird, da der Wärmeübergang vom Boden zur Luft zu schlecht ist. Das Alles wird sich in den kommenden Wochen zeigen.

Automatische Lüftung des Frühbeets

Das im Frühjahr oder Sommer eine automatische Lüftung obligatorisch ist, sollte jedem klar sein. Schnell liegen hier die Temperaturen im Frühbeet über 40°C und damit in einem für die meisten Gewächse nicht tolerablen Bereich. Aber auch im Winter kommt man tatsächlich nicht ohne eine automatische Lüftung aus. Das Problem tritt insbesondere dann auf, wenn das Frühbeet über Nacht auf z.B. 20°C gehalten wurde und dann am Mittag die Wintersonne direkt auf das Beet trifft. Binnen Minuten steigt die Temperatur dann auf über 30°C, da die plötzlich einsetzenden solaren Wärmegewinne (auch bekannt unter „Treibhauseffekt“) zusammen mit dem noch aufgeheizten Boden ein Zuviel an Wärme darstellen. Diese Wärme muss abgeführt werden, denn auch wenn kritische Temperaturen nicht überschritten werden, so ist doch ein zu rapides auf und ab nicht förderlich für die Pflanzen.

Automatischer Fensteröffner (thermo-mechanisch) im beheizten Frühbeet

Automatischer Fensteröffner (thermo-mechanisch) im beheizten Frühbeet

Gute Erfahrungen habe ich bereits letztes Jahr mit einem automatischen thermo-mechanischen Fensteröffner gemacht. Diese werden üblicherweise für Gewächshäuser vertrieben, man kann sie aber — ggf. mit einer leichten Modifikation — auch für Frühbeete nutzen. Sie kosten ca. 20 – 80 €, abhängig von der Marke, wobei ich mir nicht sicher bin, ob es nicht das identische Produkt ist. Ich habe einen für 20 € und der tut es bislang. Der Mechanismus besteht aus einem mechanischen Arm mit einer Rückholfeder. Dazwischen befindet sich ein Zylinder (auf dem Bild in glänzend schwarz zu erahnen), der mit einer speziellen Flüssigkeit gefüllt ist. Wenn sich der Kolben erwärmt dehnt sich die Flüssigkeit aus und der Zylinder wird aus dem Kolben gedrückt, spreizt den Arm und öffnet damit das Frühbeet.

Im Gewächshaus ist der Arm direkt mit einem Fenster verschraubt. Im Frühbeet ist das nicht möglich, da man das Fenster sonst nicht öffnen kann (eine Tür wie im Gewächshaus gibt es ja nicht), denn auseinanderziehen darf man den Kolben nicht. Deswegen habe ich eine Rolle (ca. 3 € inkl. dem zur Befestigung verwendetem Kabelbinder) am Arm angebracht. Auf der Rolle liegt die Frühbeetabdeckung blos auf. Die Rolle sorgt dafür, dass die Abdeckung beim Öffnen und Schließen nicht zerkrazt und stetig auf- und zugeht. Öffnen kann man das Frühbeet so jederzeit.

Erster Funktionstest erfolgreich

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte: Hier das Frühbeet nach ca. 2 Wochen beheizter Testphase im Dezember 2016. Das was dort sprießt sind Samen aus dem Substrat (eigener Kompost). Es dürfte sich vorwiegend um Tomaten handeln sowie im Vordergrund um Kürbisse. Beides ein gutes Zeichen für optimale Wachstumsbedingungen für wärmeliebenden Gewächse, ich habe glaube ich begründete Hoffnung, dass auch die Gurken recht gut keimen werden.

Keimende Samen aus Kompost (Tomaten und Kürbis) im beheizten Frühbeet im Dezember

Keimende Samen aus Kompost (Tomaten und Kürbis) im beheizten Frühbeet im Dezember

Auf der rechten Seite dann ein weiterer Versuch, wie es sich unter einer zusätzlichen Abdeckung (Zimmergewächshaus) bzgl. der Temperatur verhält. Ich habe hier für ein paar Tage Messungen innerhalb und außerhalb der Abdeckung gemacht. Inspiriert ist dieses „Frühbeet im Frühbeet“ durch das Buch von Coleman (2009), sehr lesenswert! Aktuell sprießen die ersten Gurkenpflänzchen im Frühbeet (wohlgemerkt im Januar!). Mehr zu den Ergebnissen Temperaturmessungen, den Leistungsmessungen und nicht zuletzt dem Wachstum (oder nicht-Wachstum?!) der Gurken dann im nächsten Teil dieser Reihe.

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