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: T15m – T1,5m (hoe groter dit verschil, hoe sterker de inversie).

De sterkte van het inversieverschijnsel varieert van nacht tot nacht en 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 temperatuurinversie beperkt is en er nachtvorst verwacht wordt, bv. bij 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)

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. Op Figuur 3 zie je een grote vuurpot (vat) voor de windmachine (Bron: Stopgel) en een brander (Bron: Agrofrost).

Machines	Windmachine	Windmachine met paraffinevaten**	Windmachine met branders***	Mobiele windmachine
Bescherming	-3 tot -6°C in gevoeligste stadium (i.f.v. inversiesterkte)	-4 tot -6°C in gevoeligste stadium (i.f.v. inversiesterkte)	-4 tot -6°C in gevoeligste stadium (i.f.v. inversiesterkte)	-3 tot -4°C in gevoeligste stadium (i.f.v. inversiesterkte)
Toepasbaarheid	Grote percelen	Grote percelen	Grote percelen	Grote percelen
Praktische uitvoering	Automatische start	Automatische start + manueel potten aansteken	Automatische start	Automatische start
Arbeidsintensiviteit	Minimaal	Beperkt	Beperkt	Beperkt
Installatiekost per ha	€ 5.700-8.000	€ 5.700-8.000	€ 7.800-12.500	€ 11.150-18.600
Jaarlijkse onderhoudskost per ha	€ 170-250	€ 170-250	€ 170-250	€ 170-250
Verbruik per uur	30 kg propaan	30 kg propaan + 80 kg paraffine	150-210 kg propaan	25 kg propaan
Verbruikskost per nacht per ha (8u)*	€ 40-60 propaan	€ 40-60 propaan + €140-200 paraffine	€ 200-400 propaan	€ 60-80 propaan
Milieu-impact	Verbranding propaangas	Verbranding propaangas + paraffine	Verbranding propaangas	Verbranding propaangas
Bereik	5-7 ha	5-7 ha	5-7 ha	< 1-4 ha
Levensduur	20 à 30 jaar	20 à 30 jaar	20 à 30 jaar	20 à 30 jaar

*Gerekend aan propaan: € 1,186/kg
** Opstelling grote paraffinepotten
***Opstelling 2 à 3 grote branders

Figuur 4 - Links een vaste windmachine (Bron: Orchardrite) en recht eens mobiele windmachine (Bron: Agrofrost)

Effectiviteit

De temperatuurswinst gerealiseerd door een windmachine is afhankelijk van de inversiesterkte. Ruwweg geldt er dat een (vaste) windmachine binnen een oppervlakte van 4 tot 5 hectare rond het toestel zorgt voor een gemiddelde stijging van de luchttemperatuur gelijk aan 0,35 tot 0,5 keer de inversiesterkte (T15m – T1,5m). Buiten die oppervlakte valt de temperatuurstijging snel weg. Op dit moment zijn geen cijfers beschikbaar voor de inversiesterkte tijdens vorstnachten in Vlaanderen.

De luchtverplaatsing is een belangrijke parameter voor de effectiviteit van de windmachine. Die bepaalt de snelheid waarmee koude lucht in de boomgaard vervangen kan worden door warmere lucht, de reikwijdte van het toestel (beschermde oppervlakte) en de hoogte van waar warme lucht wordt aangezogen (hogere luchtlagen zijn binnen de inversie immers warmer). Bij de keuze voor een bepaald toestel is deze parameter, eigen aan het toestel, een belangrijke factor om mee in beschouwing te nemen. De grotere en krachtigere vaste opstelling biedt betere bescherming en beslaat een groter gebied dan de mobiele windmachines met kleinere rotors, omdat die laatste minder warme lucht kunnen aanzuigen.

Om bij zwakke inversieverschijnselen de effectiviteit van het systeem te verhogen, kunnen er bijkomende branders op het perceel geplaatst worden. Het kan hierbij gaan om een grote centrale brander of verschillende kleinere brandereenheden rond de windmachine. De opstelling van verschillende eenheden geniet de voorkeur met het oog op thermische efficiëntie en totale effectiviteit, omdat de opgewekte warmte gemakkelijker te verdelen is over de totale luchtstroom. Bij de opstelling van één centrale brander, zal er veel meer warmte ongebruikt blijven en verloren gaan.

Naast de inversiesterkte is ook de aanwezigheid van wind een beperkende factor in de effectiviteit van windmachines. Bij sterke wind zal het nut van de windmachine beperkt worden, omdat de wind dan te snel alle warmte afvoert uit het perceel. De aanwezigheid van wind wijst bovendien ook vaak net op de afwezigheid van inversie.

Toepasbaarheid

Windmachines zijn de techniek bij uitstek om toe te passen op grote, aaneengesloten percelen. Ze beschermen een grote oppervlakte en dat rechtvaardigt ook de hoge investeringskost. Aangezien de machines ronddraaien en 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). Dat 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. Dat 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 draaiing van de toren rond zijn as wordt het geproduceerde geluid waargenomen als pulserend door een stilstaande observator.

Vaste windmachines mogen pas geplaatst worden als je een bouwvergunning hebt. Voor mobiele windmachines is die vergunningsplicht er niet, maar het is 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.

Praktische uitvoering

Bij het inschakelen van de windmachine wordt er geen rekening gehouden met de (verwachte) inversiesterkte, aangezien die niet gemeten wordt. De machine wordt best iedere nacht waarin verwacht wordt dat de temperatuur daalt tot de kritische waarden ingeschakeld bij luchttemperaturen die 3,5 tot 4°C boven de kritische temperatuur liggen. De machine zal beter werken wanneer de luchtlagen op voorhand nog in beweging zijn. Dat heeft als gevolg dat een windmachine zeer veel draaiuren presteert in vergelijking met vorstbeschermingsmaatregelen tijdens eenzelfde vorstperiode. Dat liep op tot 70u tijdens de vorstperiode van 2020 in Vlaanderen.

Voor de meeste machines kan er een automatische start/stop voorzien worden via een externe temperatuursonde. Dat wil zeggen dat de machine automatisch start en stopt wanneer er een bepaalde criteria voldaan wordt. Op die manier wordt er geen onnodige brandstof verbruikt.

Bepaalde modellen van windmachines kunnen uitgerust worden met een elektrische cilinder om de toren zo op te richten en neer te leggen. Zo is er geen hijskraan nodig voor de montage en is er geen landschapsvervuiling wanneer de machines niet in gebruik zijn. Dat kan een doorslaggevende factor zijn bij de aanvraag van een vergunning.

Windmachines zijn verkrijgbaar met eigen verbrandingsmotor op propaan of diesel of met een aftak-as voor een tractor. Er kan bijkomende verwarming voorzien worden bij afwezigheid van een voldoende sterk inversieverschijnsel tijdens de vorstnacht. Daarvoor zijn er verschillende mogelijkheden:

Vaste branders rondom de windmachine. Die toestellen zijn beschikbaar op diesel of propaan. Het systeem vraagt slechts om een periodieke controle van de brandstofhoeveelheid.
Grote paraffinevaten rondom de windmachine. Bij gebruik van dergelijke vaten moet de hoeveelheid paraffine tussen de vorstnachten gecontroleerd worden.

Branders in combinatie met windmachines worden in de EU momenteel beperkt toegepast.

Arbeidsintensiviteit

Het gebruik van een windmachine is weinig arbeidsintensief. Ze moeten simpelweg aan- en uitgeschakeld worden. Dat kan manueel of via een automatische start-module, gekoppeld aan een detectiesysteem.

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.

Milieu-impact

Geluidsoverlast kan een belangrijk probleem zijn bij de inzet van windmachines. Naast de verplichte bouwvergunning kan je best ook communiceren met de lokale overheid en omwonenden, vooraleer je overgaat tot de plaatsing.

Verbrandingsprocessen gaan gepaard met een uitstoot van fijn stof, CO2 en andere schadelijke broeikasgassen. Dat kan rook- en geurhinder veroorzaken voor de onmiddellijke omgeving. Omdat die 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 ligt de impact veel hoger. De gebruikte hoeveelheid brandstof voor die systemen is een veelvoud van de hoeveelheid brandstof nodig voor de aandrijving van de windmachine zelf.

Kosten

Ondanks het relatief hoge aantal draaiuren van een windmachine tijdens een vorstperiode, zorgt de grote beschermde oppervlakte er voor dat de kosten voor energieverbruik en arbeid laag liggen per beschermde hectare. De techniek vraagt echter om grote investeringen bij de aankoop ervan (zie kostentabel bovenaan).

Voordelen

Grote temperatuurwinst mogelijk.
Weinig arbeidsintensief.
Laag energieverbruik.
Lage onderhoudskosten.

Nadelen

Beperkt in toepasbaarheid bij gefragmenteerde percelen.
Bouwvergunning voor vaste windmachines.
Werking afhankelijk van de aanwezigheid van een inversielaag.
Beperkte effectiviteit bij sterke wind.
Hoge investeringskost.

Leveranciers en meer info

Studie

Algemene verhandeling verbranding in de fruitteelt (Engelstalig)

Niet besproken technieken:

Een helikopter gebruiken berust op hetzelfde principe als dat van een windmachine. De helikopter vliegt in de inversielaag en duwt zo de warmere lucht naar de boomgaard. Die techniek mag enkel opgestart worden na 5 u ‘s morgens en je hebt er in Vlaanderen een vliegvergunning voor nodig. Bovendien heeft deze techniek een hoge gebruikskost en veroorzaakt deze uitstoot en 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. Dat wordt gepresenteerd als een goedkoop en stil alternatief voor windmachines, maar de werking ervan is nog onvoldoende aangetoond.