Abgebildet sind die Dächer von einem Treibhaus.

Wie funktioniert ein Treibhaus?

In Treibhäusern kann man Tomaten ziehen, selbst wenn draußen beißender Frost herrscht. Möglich wird das vor allem durch die Unterdrückung thermischer Konvektion. Absorbiert die Außenhülle des Gewächshauses zudem Wärmestrahlung, steigt die Temperatur noch weiter an.     

Viele Gemüse- und Obstsorten müsste man im Winter von weither einfliegen, wenn es keine Treibhäuser gäbe, in denen ganzjährig Pflanzen gedeihen. Generell wird die Temperatur in Treibhäusern von vielen Prozessen beeinflusst. Zum Beispiel geht Wärme verloren, wenn gelüftet wird oder die Scheiben nicht gut isolieren. Dass es im Innern eines Treibhauses trotzdem warm wird, liegt aber vor allem an der Unterdrückung der sogenannten thermischen Konvektion.

Auf der Illustration führt eine stilisierte Welle von der Sonne, dargestellt als kreisrunde Scheibe, in das Glashaus. Hier wird der konvektive Wärmetransport durch drei Pfeile dargestellt, die einen Kreis formen. Außerhalb des Hauses sind die gleichen Pfeile abgebildet, formen hier aber eine Gerade, die gen Himmel zeigt.
Konvektionsunterdrückung im Treibhaus

Zur thermischen Konvektion zählt man vor allem Luftströmungen, die durch Temperaturdifferenzen ausgelöst werden. Beobachten lässt sich dies beispielsweise an unterschiedlich stark aufgewärmten Landflächen: Die Sonne erhitzt den dunkelbraunen Erdboden eines brachliegenden Feldes mehr als eine von ausgeblichenem Gras bedeckte Weide. Wegen der geringeren Dichte ist warme Luft leichter als kalte und erfährt daher einen Auftrieb; andernorts sinkt kalte Luft ab. Diese thermische Konvektion ist ein wichtiger Prozess in der Atmosphäre, der Wärmeenergie vom Erdboden in die Höhe transportiert.

Im Treibhaus sieht das anders aus. Sonnenstrahlung wird zwar auch dort absorbiert – von den Pflanzen und vom Boden. Die Wärme kann aber nicht durch Konvektion entkommen, denn die wird im Treibhaus unterdrückt: Die Außenhülle steht der sich bewegenden Luft im Weg. Dieser primäre Effekt – die Konvektionsunterdrückung – kann durch einen sekundären Effekt verstärkt werden.

Denn die gespeicherte Wärmeenergie könnte auch durch Wärmestrahlung verloren gehen, die durch die Außenhülle des Treibhauses dringt. Glasscheiben sind allerdings für große Teile dieser Strahlung mit Wellenlängen im infraroten Spektralbereich undurchlässig. Die Wärmeenergie kann also nicht direkt entfliehen – das Glas nimmt die Wärmestrahlung weitgehend wieder auf. In solchen Treibhäusern trägt also der sekundäre Effekt dazu bei, dass im Innern gedeihliche Wärme herrscht. Bei Treibhäusern mit Plastikdach kann der sekundäre Effekt hingegen ziemlich klein ausfallen. Wie klein, hängt vom Material der Scheiben ab: Polykarbonat zum Beispiel ist fast so undurchlässig für infrarote Wellenlängen wie Glas; Polyethylen lässt die Wärmestrahlung größtenteils hindurch.

Wer den Bau eines Treibhauses plant, sollte aber nicht nur über das Dachmaterial nachdenken. Wichtig ist vor allem, dass zu jeder Jahreszeit möglichst viel Sonnenlicht das Treibhaus erreicht. Das Gebäude sollte also selten im Schatten stehen. Denn ohne die Energiequelle Sonne bleiben die Tomaten auch im besten Treibhaus grün.

 

Zwei Treibhauseffekte

Zwei Treibhauseffekte

Kaum ein wissenschaftlicher Begriff löst ähnlich hitzige Debatten aus wie der des Treibhauseffekts. Darum sei hier klargestellt: Der Treibhauseffekt in der Atmosphäre ist physikalisch betrachtet von den Prozessen zu unterscheiden, die das Innere eines Treibhauses für Pflanzen wärmen. Beide Mechanismen sind real – auch der Treibhauseffekt der Atmosphäre. Letzterer beruht aber auf der Absorption von Wärmestrahlung durch die Moleküle von Treibhausgasen.