Windmachines

Wanneer de bodem afkoelt tijdens een (relatief windstille) vorstnacht, vormt zich een warme luchtlaag op 2 tot 50 m boven de grond. Dit effect genaamd temperatuurinversie zorgt ervoor dat de vorstschade bovenin de boom bij windstille vorstnachten minder ernstig is dan onderin de boom. Deze temperatuurinversie kan verder worden benut door een windmachine te installeren: deze mengt de luchtlagen, waardoor de luchttemperatuur aan de grond toeneemt en de teelt beter beschermd is. Figuur 1 toont het temperatuurverloop in functie van de hoogte met en zonder gebruik van een windmachine. De sterkte van een inversieverschijnsel wordt doorgaans uitgedrukt als het temperatuurverschil op hoogte 1,5 meter en 15 meter: T­_15m – T_1,5m (hoe groter dit verschil, hoe sterker de inversie).

Figuur 1 - Temperatuurinversie boven het bodemoppervlak tijdens een relatief windstille vorstnacht (volle lijn). De stippenlijn geeft weer hoe een windmachine de warme lucht ‘naar beneden trekt’ (Bron: Fons Verberne - Thomas More Kempen).

Een windmachine is een verhoogd opgestelde ventilator met een licht (8 - 16°) gekantelde schroef met een diameter van 5 tot 6 meter. Deze zuigt warme lucht aan en duwt deze naar beneden. De ‘toren’ met de schroef is +-10m hoog en ook dit geheel draait rond terwijl de schoef roteert. Zo zal de straal met warme lucht (de ‘jet’) overal op het perceel passeren en dit met een interval van 4 tot 5 minuten (Figuur 2) .

Figuur 2 - Werkingsprincipe van een windmachine voor vorstbescherming in de boomgaard.

De sterkte van het inversieverschijnsel varieert van nacht tot nacht en het is afhankelijk van diverse klimatologische factoren. De aanwezigheid van wind wijst doorgaans op een verminderd inversie-effect. Het valt zelfs volledig weg bij winden sterker dan 8 km/h. Indien de temperatuursinversie beperkt is en indien er nachtvorst verwacht wordt (bv. bij windvorst: droge noordelijke lucht in combinatie met een krachtige wind) kan de windmachine gecombineerd worden met extra verwarming:

• Branders op diesel of propaan
• Grote kaarsen (paraffinevaten)

(Figuur 3) Deze verwarming moet in de luchtstroom van de windmachine geplaatst worden op zo’n 10 tot 20 meter afstand van het toestel. De warmte afkomstig van deze mechanismen kan dan nuttig verspreid worden in de boomgaard. Op dit moment is de inzet van branders/kaarsen in combinatie met windmachines nog erg beperkt.

Figuur 3 - Links: grote vuurpot (vat) voor windmachine (Bron: Stopgel), Rechts: brander voor windmachine (Bron: Agrofrost)

Windmachines zijn de techniek bij uitstek om toe te passen op grote, aaneengesloten percelen: ze beschermen een grote oppervlakte en dit rechtvaardigt ook de hoge investeringskost. Aangezien de machines ronddraaien en zij zo een cirkelvormige oppervlakte beschermen, is een meer vierkant perceel geschikter dan een equivalent langgerekt perceel. Windmachines werken zowel op vlakke als op hellende boomgaarden.

Mobiele machines zijn eerder geschikt voor lage fruitgewassen (druiven, kleinfruit). Dit komt omdat mobiele machines typisch minder hoog zijn dan de vaste machines. De wiek komt bij toepassing in pit- en steenfruit amper boven de toppen van de bomen uit.

Een belangrijke beperking in de toepasbaarheid van windmachines heeft te maken met geluidsproductie en de nodige vergunningen. De machines produceren een aanzienlijk geluid tijdens hun werking. Dit zorgt ervoor dat de machines niet bruikbaar zijn op percelen in de onmiddellijke omgeving van bebouwing. Het geluidsniveau is model-specifiek en afhankelijk van de motor en het aantal en type wieken. Door de draaing van de toren rond zijn as wordt het geproduceerde geluid waargenomen als ‘pulserend’ door een stilstaande observator.

Vaste windmachines mogen pas geplaatst worden indien men hier een bouwvergunning voor heeft. Voor mobiele windmachines is deze vergunningsplicht er niet, maar het is desalniettemin aangewezen om de gemeente op de hoogte te stellen. Het is mogelijk dat er lokale bepalingen van toepassing zijn.

Windmachines zijn verkrijgbaar met eigen verbrandingsmotor op propaan of diesel of met een aftak-as voor een tractor.

Het gebruik van een windmachine is weinig arbeidsintensief. Ze moeten simpelweg aan- en uitgeschakeld worden, dit kan manueel of via een automatische start-module, gekoppeld aan een detectiesysteem (zie praktische uitvoering en weersopvolging).

Mobiele windmachines moeten bij een aankomende vorstperiode nog opgesteld worden in het perceel.

Wanneer er geen inversieverschijnselen optreden tijdens de vorstnacht, moeten er nog bijkomende brander-eenheden geplaatst en ingeschakeld worden.

Geluidsoverlast kan een belangrijk probleem zijn bij de inzet van windmachines. Naast de verplichte bouwvergunning (voor vaste toestellen) kan men best ook communiceren met de lokale overheid en omwonenden, vooraleer men overgaat tot de plaatsing van dergelijke toestellen.

Verbrandingsprocessen gaan gepaard met een uitstoot van fijn stof, CO2 en andere schadelijke broeikasgassen. Dit kan rook- en geurhinder veroorzaken voor de onmiddelijke omgeving. Omdat deze systemen meestal werken op propaangas en omdat het verbruik relatief laag ligt, is ook de impact relatief beperkt. De verbranding van propaangas wordt doorgaans aanzien als ‘properder’ dan andere verbrandingsprocessen. Bij gebruik van bijkomende verwarming via branders of paraffinevaten zal de impact veel hoger liggen. De gebruikte hoeveelheid brandstof voor deze systemen zal een veelvoud zijn van de hoeveelheid brandstof nodig voor de aandrijving van de windmachine zelf.

Algemene verhandeling verbranding in de fruitteelt (Engelstalig)

OMAFRA

Niet besproken technieken:

• De inzet een helikopter: dit idee berust op hetzelfde principe als dat van een windmachine. De helikopter vliegt in de inversielaag en duwt zo de warmere lucht naar de boomgaard. Deze techniek mag enkel opgestart worden na 5 u ‘s morgens en men heeft er in Vlaanderen een vliegvergunning voor nodig. Bovendien heeft deze techniek een hoge gebruikskost en veroorzaakt deze zowel uitstoot als geluidsoverlast.
• Cold air drain (horizontale windmachine): een horizontale propeller die de koude lucht omhoog en uit het perceel blaast, waardoor de afgevoerde koude lucht wordt vervangen door warmere lucht uit de bovenliggende luchtlagen. Dit wordt gepresenteerd als een goedkoop en stil alternatief voor windmachines, maar de werking ervan is nog onvoldoende aangetoond.