Hur är det med växthuseffekten i växthus?

I juli i 2011 skrev jag ett inlägg (länk) om innebörden av “växthuseffekt” inom trädgårdsnäring respektive klimatvetenskap. Den ursprungliga benämningen syftade på den temperaturhöjning man får i ett växthus med glastak. Det ansågs att det berodde på att glas absorberar termisk värmestrålning. Jag citerar ännu en gång hur Arrhenius år 1896 formulerade uppfattningen att atmosfären värmer jorden på ungefär samma vis som glaset värmer växthuset: “Fourier maintained that the atmosphere acts like the glass of a hot-house, because it lets through the light rays of the sun, but retains the dark rays from the ground”. Enligt denna beskrivning är det alltså en selektiv optisk effekt – glasets transmission i synliga och absorption i IR-området – som orsakar uppvärmningen av växthuset. När man mätt upp CO2:s absoptionsband i det infraröda (IR) våglängdsområdet, låg det nära till hands att kalla det ‘växthuseffekt’. Nu, något mer än 100 år senare, är det roande att söka upp ‘växthuseffekt ‘ i moderna uppslagsböcker. Ärevördiga Encyclopædia Britannica, som annars inte är främmande för historiska rötter, säger “Greenhouse effect a warming of the Earth’s surface and troposphere (the lowest layer of the atmosphere), caused by the presence of water vapour, carbon dioxide, methane, and certain other gases in the air….” dvs den nu gängse innebörden utan intresse för en växthusbyggare. En sådan skulle däremot möjligen ha intresse för ett arbete av Wood (Phil. Mag.1909, vol 17, p319-320) alltså endast drygt 10 år efter Arrhenius’. Han gjorde ett enkelt experiment genom att förse små provbrunnar i marken med fönster, som alla transmitterade synligt ljus, men åtminstone ett – av koksalt – hade också hög tranmission av värmestrålning i våglängdområdet 5-50  µm. Han mätte temperaturen i  groparna under dagtid. En  av hans slutsatser var: “…a greenhouse made of a glass transparent to waves of every possible length would show a temperature nearly, if not quite, as high as that observed in a glass house.”

Med detta enkla experiment tycktes alltså Wood falsifiera Tyndalls och Arrhenius’ förklaring att temperaturökningen i ett växthus beror på glasmaterialets IR-egenskaper. Förklaringen skulle istället vara att fönstret hindrar konvektionen. D v s  luft, som värmts upp av den solbelysta jorden och plantorna hindras från att strömma ut till omgivningen. Woods artikel blev dock inte sista ordet utan oenigheten om varför det blir varmare i ett växthus har fortlevt. Artiklar av Lee från 1973 och Berry 1974 hävdade att glasets optiska egenskaper var betydelsefulla. Ett enkelt, praktiskt argument för Woods förklaring är att det endast behövs ett öppet fönster i taket för att nästan helt eliminera temperaturökningen. I mitt tidigare inlägg tog jag därför ställning för Woods förklaring.

Det som gör att jag nu återvänder till  ämnet, som i snäv mening inte är relevant för klimatdiskussionen, är att Roy Spencer i augusti gjorde ett inlägg på sin blogg (länk).  Han kommer till slutsatsen att IR-absorptionen har avsevärd betydelse för växthusets temperaturhöjning, och att konvektionsdämpningen i motsvarande mån är obetydlig. Inlägget gav upphov till en stor mängd engagerade kommentarer från läsare som har bakgrund i klimatdebatten. I den meningen hör nu även växthusen till klimatfrågan! Spencer beräknar medelvärden för dagens och nattens värmeflöden till och från plantorna utan och med växthusets glastak. I figuren är den gula pilen kortvågigt synligt ljus, de bruna osynlig värmestrålning och den blåa konvektionsförluster.

Fig 1 utan hus

Total inströmmande solenergi  blir  650 W/m2, vilket jag finner ganska högt för att vara medelvärdet för dag och natt. Det kan vara ett uttryck för skillnaden mellan att bo i Huntsville, Alabama och Uppsala? Han får i varje fall för denna jämvikt temperaturen 75 oF (knappt 24 oC) bland växterna.  Den utgående värmestrålningen på 442 W/m2 ges av Stefan-Bolzmanns lag där jord och växter antas vara svarta kroppar med emittansen 1. I nästa beräkning införes ett glastak som är helt ogenomskinligt för värmestrålning.

Fig 2 med hus

Glaset blir då uppvärmt till en temperatur som Spencer anger till 78 oF (26 oC). Jämviktstemperaturen vid marken stiger till 85 oF (29 oC). Spencer påpekar att glasets uppvärmning och höga emittans gör att dess värmestrålning blir högre än solens i det förra fallet. Han ansätter att den är lika stor uppåt och nedåt, dvs att över- och underytan har samma temperatur. Än mer överraskande är att konvektion uppåt från det varma glaset blir endast 8 W/m2 mindre än den totala konvektionen i det föregående fallet. Spencers slutsats blir därför att glasets IR-absorption har avgörande betydelse för effektbalansen i ett växthus. Han avslutar dock med att efterlysa specialiserade referenser och en undran över hur tvivlet uppkommit: “So, I guess I’m left wondering…where did the oft-cited claim that a greenhouse does not operate through a greenhouse effect come from?” De efterföljande kommentarerna är som sagt talrika med många synpunkter. Bl a framförs samma termodynamiska invändning som i boken “Slaying  the Sky Dragon”. Någon skriver att att det är orimligt att det svalare glaset strålar mot den varmare jorden. Det som i Trenberths kända figur kallas “återstrålning”  från atmosfären till jordytan strider enligt “slayers” mot termodynamikens huvudsats att en kallare kropp inte kan värma en varmare. I och med denna diskussion kommit upp, så blir växthusens värmeförsörjning verkligen klimatrelevant.  Enligt min uppfattning är argumentet missvisande. En kropp “vet inte om” att den är kallare, utan strålar även  mot en varmare. Den varmare strålar också, och jämvikten uppnås via en summerad geometrisk serie där båda kropparnas emittanser ingår. Den summerade serien innebär att den varmare kroppen netto strålar mer mot den kallare än vice versa. Det finns formler i litteraturen för strålningsjämvikten mellan kroppar med idealiserade geometrier, t ex två oändliga parallella skivor. Jag undrar om Spencers ev misstag består i att han endast tar med de två första termerna, 475 och 450 W/m2  i den serie som beskriver strålningsutbytet mellan marken och glaset. Det är inte helt klart hur han erhållit glasets jämviktstemperatur.

Å andra sidan är jag inte längre övertygad om att Wood och hans efterföljare har rätt när de hävdar motsatsen, dvs att glasets IR-egenskaper saknar betydelse. I diskussionen ger Spencer referens till en forskare, som nyligen sökt reproducera Woods experiment från 1909 (länk ). Professor emeritus Vaughan Pratt på Stanford gjorde tre isolerade boxar med fönster av tunn folie av polyetylen, glas och polyakryl. Dessa boxar placerades utomhus och temperaturen mättes, se figuren.

Fig 3 Pratts boxar

I korthet så är Pratts resultat att de två senare boxarna med IR-absorberande fönster blir hela 20 oC varmare än den första vars folie har hög IR-transmission. En mycket större temperaturskillnad än Woods knappa grad! Detta moderna experiment, som i och för sig också fått viss kritik på Spencers blogg, har gjort mig tveksam. Det krävs ett djupare grävande i den facklitteratur om växthus som rimligen måste finnas, och som Spencer också efterlyser. Det har måhända varit lite för lockande för AGW-skaptiker att konstatera att växthuseffekten inte gäller för växthus.

PS Jag fann just att Roy Spencer skrivit ett inlägg till om detta.

http://www.drroyspencer.com/2013/08/revisiting-woods-1909-greenhouse-box-experiment-part-ii-first-results/

Dela detta inlägg

28 reaktion på “Hur är det med växthuseffekten i växthus?

  1. 1
    Peter Stilbs

    Utmärkt, CG, men Du har åter gjort misstaget jag tjatat om så många gånger – att döpa bildfilerna till något innehållande åäö eller ü etc. Så bild 1 och 2 hittas inte av Mac’s Safari-läsare. Fick öppna inlägget med Google Chrome istället.

  2. 2
    C-G Ribbing Inläggsförfattare

    Peter #1

    Beklagar – den regeln hade totalt glömt bort. Jag har också Mac, men använder Firefox.

    /C-G

  3. 3
    Peter Stilbs

    CG #2 – jag förstår inte ?  Det är just med Mac och Safari jag inte ser bilderna ?

  4. 5
    Mats Jangdal

    Om växthusets glas inte bidrar till uppvärmningen genom undanhållande av värmeflykt genom konvektion, varför är då Sverige inte ideallandet att köra bil nedcabbat året runt?

  5. 6
    C-G Ribbing Inläggsförfattare

    Mats J 09:14
    Det är rätt sällan man tar med sig växthus i bilen!
    Inverkan av vind, och än mindre fartvind, finns inte med i diskussionen.
    /C-G

  6. 7
    Björn

    Enligt min observation handlar det snarare om en omvänd IR-strålning, dvs, det är glaset som strålar mer IR än marken i ett glashus. När solen lyser på mitt vardagsrumsfönster blir glaset varmt som ett element, vilket tyder på att inbromsningen av UV-strålning direkt från solen, skapar IR-emission från glaset som strålar inåt och värmer luften. Genom konvektion fördelas sedan denna luft i växthuset.

  7. 9
    C-G Ribbing Inläggsförfattare

    Björn #7

    Du har givetvis rätt i att glaset blir varmt och strålar i IR, där dess emittans är hög. Däremot kan inte glaset öka den totala värmetillförseln från solen.

    Det UV-ljus som absorberas av glaset skulle i lika hög grad absorberas av marken om inte glaset fanns där.

    Mats #8

    Njaa igen, du skojar väl?

    Konvektionen är vertikal och styrd av temperaturskillnader.

    Fartvinden är nära horisontell och oberoende av temperaturskillnader.

    /C-G

  8. 10
    tty

    Något som talar för att konvektionen trots allt är viktig i ett växthus är hur man reglerar temperaturen. Det sker genom att öppna springor uppe nära takåsen i växthuset. Detta ökar konvektionen men har minimal effekt på IR-utstrålningen. Ändå är det ett mycket effektivt sätt att reglera temperaturen. 

  9. 11
    Björn

    C-G Ribbing [9]; Nej, värmen ökar inte, men den ventileras inte ut med den uppvärmda luften. Hög luftfuktighet i växthuset absorberar värme, vilket väl är växthusets funktion för att få ett lämpligt växtklimat? Detta om något är väl växthuseffekten? Är det inte egentligen så, att det är vattenångan som ger den dominerande effekten och inte CO2? I verkligheten utanför vår artefakt växthuset, förefaller det vara närvaron av vattenånga och moln som bestämmer temperaturen tillsammans med solens energi. En gång i tiden när hydrosfären bildades, hade CO2 säkert en stor funktion, men när den var färdig tog vattenångan över som växthusgas, om vi nu skall använda denna term.

  10. 12
    tolou

    Horribelt, att vi inte ens vet hur ett vanligt växthus fungerar!??
     
    Att sedan påstå att vi har en tillstymmelse till kunskap om klimatssystemet förefaller skrattretande.
     
    Men som vanligt försöker man hitta EN lösning på alla problem, när det sannolikt är flera orsaker i samspel. Ett av mänsklighetens stora svagheter, och om något kanske sedermera bidrar till vår undergång genom evolutionen….

  11. 13
    Mats Jangdal

    CG
    Nja, jag skojar bara lite. principiellt är konvektion och fartvind luft i rörelse och den rörelsen medför att luften flyttar om värmen. Skillnaden består i hur rörelsen uppkommer, inte i hur luften förflyttar värme.
    Så min principiella fråga är, om inte luftens rörelse och därmed värmeförflyttning spelar någon roll för växthuseffekten, varför kör vi inte nedcabbat på vintern? (Jo, det finns läkare i Boden som kör sin Porsche nedcabbat på vintern bara för att visa att han kan och att det inte är kylan som gör oss förkylda.)
     
    Luftens rörelse och förmåga till värmetransport är åtminstone i växthuset av stor betydelse för att kunna reglera temperaturen. Växthuset är sålunda ett system där man kan reglera värmebalansen via konvektion. Hur skulle du beskriva jordens atmosfär, är det ett helt öppet system mot rymden eller gör gravitationen det till ett slutet system? Kanske något däremellan? Vari skulle människans förmåga att reglera temperaturen bestå? Om en sådan möjlighet finns.

  12. 14
    Sven Östholm

     
    Där står inget om materialtjockleken.
     
    En ruta enkelglas har u värde på ca 5 w/grad
     
    En folie borde ligga på ca 7,5 W/grad.
     
    Professorn skojar med okunniga.
     
     
     

  13. 16
    C-G Ribbing Inläggsförfattare

    tty # 10

    Just det att ventilation är så effektiv tyckte jag var ett starkt argument för Woods

    slutsats.

  14. 17
    C-G Ribbing Inläggsförfattare

    Björn #11

    Det är likväl så att temperaturen är högre i ett växthus än utanför. Det är detta som kallas växthuseffekten.

    Den fuktiga luften hör till bilden, men jag har hört påståendet att mycket fuktig luft inte är bra för alla växter. Vattenavdunstningen från bladen är en viktig funktion, som kan bromsas av alltför fuktig luft.

    /C-G

  15. 18
    pekke

    Jag hänger inte alltid med när det pratas om olika typer av ljusstrålning eftersom det ligger en bra bit utanför mina kunskapsområden, men ett material som släpper in IR-ljus borde även släppa ut densamma om inte våglängden på ljuset förändras.
     
    I det sista experimentet hoppas jag de hade koll på hur mycket ljus de olika materialen släppte in och vilka våglängder detta ljus låg på samt materialets isoleringsförmåga eftersom det borde påverka lådans inre temperatur.
    Jag skulle misstänka att den med glas släpper in mer ” effekt ” vilket värmer upp lådan snabbare än de med syntetmaterial, ett sådant experiment borde pågå under flera dygn då man noterade temperaturväxlingen under dygnet och hur mycket ljus som släpptes in under dagen samt hur mycket av värmen som behålls under natten.
     
    Hittade f.ö. en finsk undersökning om liknande saker när det gäller att bygga riktiga växthus.
    Väl värd att läsa för den som begriper mer än mig, den tar upp in-/utsläpp av ljus/effekt, fukt, CO2, hur olika våglängder påverkar växterna, olika syntetglas jämfört med glas, hur olika typer av lampor påverkar olika växter samt vilka våglängder de arbetar i, m.m.
    211 sidor.
    http://energiby.novia.fi/materiaalia/vaxthusrapport_1.pdf

  16. 19
    Börje Gustavsson

    För att öka växthuseffekten och få upp jordtemperaturen tidigt på våren täcker jag jorden i mitt växthus med genomskinlig plast och på kvällen/natten lägger jag på täcken/filtar för att maximalt hålla kvar värmen i jorden. För att undvika tjäle på vintern så täcker jag jorden i växthuset och även en bit ut på utsidan med ett tjockt lager med löv. På så vis kan jag enkelt jordisera mitt köksavfall även på vintern och jorden i växthuset får tillbaka sin näring. Dessutom behöver jag aldrig byta jord i mina växthus den blir bara bättre och bättre med åren.

  17. 21
    Ingemar Nordin

    Börje #19,

    I Skåne, på Bjäre- och Kullahalvöarna, så täcker bönderna potatisåkrarna med plast på våren. Det ger dem definitivt ett klart försprång i jakten på den första svenska färskpotatisen!

  18. 22
    Pelle L

    Passa dig nu Ingemar N ;)
     
    Du försöker skriva en äktskåning från Skurup på näsan.
    Han vet nog :)

  19. 23
    Christopher E

    tolou #12 hann före mig, men…
     
    … jag måste ändå få säga att om världens skarpaste hjärnor inte riktigt klurat ut hur växthuseffekten i en 30×30 cm låda med Gladpack på altanen fungerar…
     
    … då är det kanske liiiiiiite tidigt att låtsas sig förstå den oändligt mycket mer komplicerade atmosfären/hydrosfären/biosfären och dess samspel med en växthuseffekt, och därmed vilja införa nära världsstyre för att i grunden experimentera med hela världens energiproduktion, handel och transport…

  20. 24
    Börje Gustavsson

    Pelle L #22
    Du försöker skriva en äktskåning från Skurup på näsan.
     
    Fast helt äkta skåning är jag inte för jag är född i Arvika och bodde där i 9 år.
     

  21. 25
    Börje Gustavsson

    Ingemar Nordin #21
    I Skåne, på Bjäre- och Kullahalvöarna, så täcker bönderna potatisåkrarna med plast på våren. Det ger dem definitivt ett klart försprång i jakten på den första svenska färskpotatisen!
     
    Genom att jag har ett växthus plus plasten på marken så nästan fördubblar jag jorduppvärmningen gentemot bönderna som bara har ett lager med plast. Att täcka jorden med plast är ju bara möjligt i växthus och inte på stora potatisåkrar. Ibland får man se upp så jorden inte blir för varm och tar dö på frö, nysått och mindre plantor. För att ytterligare maximera uppvärmningen på våren så har jag svart plast på väggen på norrsidan i växthuset. I mitt stora och skräddarsydda pumpaväxthus har jag i början av säsongen ett litet växthus över den lilla pumpaplantan för att öka uppvärmningen från solen. Även här får man se upp soliga dagar så det inte blir för varmt för plantan.

  22. 27
    Börje Gustavsson

    Ingemar Nordin #25
     
    Att täcka jorden med plast är ju bara möjligt i växthus och inte på stora potatisåkrar.”
    Fel skrivet av mig, så klart det går att täcka stora potisåkrar med plast. Vad jag menade är att växthus plus marktäckning med plast ger mycket högre jorduppvärmning än enbart jorden täckt med plast. Jorduppvärmningen blir dessutom högre ju svartare jorden är och som i mitt fall är maximal genom  att den genom jordisering innehåller en hög halt av organiskt material under nedbrytning. Generellt är våra åkrar mycket ljusa p g a att de innehåller mycket lite med organiskt material/mull. I stället för att plöja ner och jordisera det organiska avfallet så ska ju detta t o m samlas in för tillverkning av t ex biogas. EON har ju t o m visat i sina reklamfilmer hur de samlar in naturgödsel för biogastillverkning och på det viset ser till att mullhalten på våra åkrar minskar.

Kommentarer inaktiverade.