Альтернативні системи опалення теплиць для вирощування овочів і зелені взимку.
У зв’язку зі зростанням цін на викопне паливо та обмеженням викидів СО2 та інших забруднюючих речовин виникає необхідність пошуку альтернативних систем опалення теплиць для вирощування овочів і свіжої зелені взимку. Однією з можливих альтернатив є використання сонячна енергія. Опалення теплиць сонячною енергією вночі вимагає поєднання кількох компонентів, заснованих на таких принципах: 1. поглинання енергії сонця (протягом дня), 2. зберігання енергії та уникнення втрат енергії в навколишньому середовищі та 3. використання енергії вночі.
Поглинання сонячної енергії збільшується, якщо накрити ґрунт прозорою пластиковою плівкою. Зволожений ґрунт має здатність зберігати велику кількість теплової енергії. Додатковим способом поглинання та зберігання сонячної енергії є розміщення горизонтальних і вертикальних прозорих ПЕ (поліетиленових) водопровідних трубок у тепличних тунелях (рис. 3 і 4). Використання чорного поліетилену для виготовлення водяних труб забезпечує більше поглинання тепла, ніж зазвичай використовувані прозорі труби.
Орієнтація теплиці також може збільшити поглинання сонячної енергії. Вхідний тунель, орієнтований на схід-захід, поглинатиме значно більше енергії, ніж аналогічна структура, орієнтована на північ-південь. Розміщення самопідтримуваних вертикальних водопровідних труб на північній стороні як «стіни води» збільшує поглинання та накопичення енергії, таким чином підвищуючи нічну температуру теплиці до 16 C0 в Ізраїлі, залежно від місцевої радіації та кліматичних умов.
Втрати енергії в навколишнє середовище зменшуються шляхом покриття теплиці подвійним шаром пластикових листів з ІЧ-блокуванням, з повітряним проміжком між листами або використанням теплових екранів чи ізоляційних ковдр. Після заходу сонця, коли більше немає накопичення тепла, водопровідні труби та ґрунт віддають теплову енергію в об’єм теплиці.
Подібне практичне застосування цих принципів використовується в інших країнах світу. У деяких частинах Китаю сонячна енергія зберігається в товстій стіні з глиняної або глиняної цегли. В Ізраїлі ми застосували ці принципи у вхідних тунелях для вирощування базиліка. Комбінація цих компонентів дозволила нам вирощувати базилік (літню культуру) взимку, одночасно збільшуючи врожайність, запобігаючи хворобам рослин, покращуючи якість, зменшуючи витрати та викиди парникових газів.
Використання горизонтальних водопровідних труб не є новим методом, оскільки його випробували багато років тому. Незважаючи на те, що горизонтальні труби мають певний внесок в утеплення теплиці, вони розташовані в найгіршому місці теплиці, найхолоднішому і затіненому місці, і піддаються механічним пошкодженням. Унікальне рішення вертикального розташування водопровідних труб є гарним і ефективним рішенням проблем горизонтальних водопровідних труб. Вони стоять самостійно, не спираючись на конструкцію теплиці. Вони мають жорстку раму з металевої листової гільзи або тримаються за допомогою гільзи з металевої сітки.
Вертикальні труби виставлені на сонце і не заважають працівникам теплиці. У теплиці можна накопичувати набагато більший об’єм води, щоб забезпечити більший запас теплової енергії. Правильне розташування вертикальних труб зменшує проблеми із затіненням взимку та підходить для багатопролітних теплиць і орієнтації з півночі на південь у вхідних тунелях.
Орієнтація вхідного тунелю має великий вплив на поглинання сонячної енергії. Орієнтація зі сходу на захід дозволяє набагато більше сонячного світла потрапляти в теплицю. Взимку, коли сонце мало, сонячні промені під гострим кутом потрапляють на пластикове покриття тунелю, орієнтованого з півночі на південь. В результаті частина променя відбивається. Сонячні промені, що падають зі сходу на захід, розташовані майже під прямим кутом, що призводить до того, що в тунель потрапляє набагато більше світла, що призводить до вищих урожаїв.
Ці знання дали шлях до розробки та будівництва теплиці «Едем». Теплиця «Едем» орієнтована схід-захід, а вертикальні труби розташовані з північного боку. Вони утворюють «водяну стіну». Перевага цього місця полягає в тому, що культура не затіняється і працівники не заважають фізично. У прохідному тунелі може міститися відносно велика кількість води (8 м3 води в прохідному тунелі довжиною 30 м). «Водяна стіна» поглинає сонячну енергію у відносно спекотні дні та віддає тепло вночі, створюючи оптимальну температуру для вирощування сільськогосподарських культур.
Причиною використання води в трубах є висока питома теплоємність води порівняно з іншими матеріалами. Вода доступна і не забруднює ґрунт, якщо трубки пошкоджені. Тепловий знімок, зроблений вночі, показує тепло, що зберігається у стінці води, і вплив на температуру рослин. Урожай базиліка взимку був значно вищим у прохідних тунелях, обладнаних водяною стінкою.
На завершення ми розробили просту, стійку, екологічно чисту систему без викидів для вирощування літніх культур взимку шляхом підвищення температури за допомогою лише сонячної енергії. Вирощувати базилік взимку в Ізраїлі можна за допомогою: ПЕ мульчування, водопровідних труб, термоекранів і подвійного шару ПЕ укривного матеріалу. Найкращих результатів було досягнуто, використовуючи стіну з чорних поліетиленових водопровідних труб, розташовану на північній стороні тунелю, орієнтованого на схід-захід.
Орієнтація тунелю у напрямку схід-захід має значну перевагу перед тунелями, орієнтованими з півночі на південь. Цей спосіб дозволив виростити базилік, вільний від зимових хвороб, без хімічного обприскування фунгіцидами. Залежно від кліматичних умов є можливість використовувати лише деякі з вищезгаданих методів для отримання високого врожаю відмінної якості.