TEME

Otkrivanje staklenika

Otkrivanje staklenika

Napisao Kris De Decker

Za razliku od potpuno zastakljenih staklenika, pasivni solarni staklenik dizajniran je da zadrži što više toplote. Istraživanja su pokazala da je moguće uzgajati usjeve s toplim vremenom tokom cijele godine koristeći samo sunčevu energiju, čak i ako su temperature izvan staklenika vrlo niske. Solarni staklenik je posebno uspješan u Kini, gdje su posljednjih decenija izgrađene hiljade ovih građevina.

Proizvodnja usjeva podrijetlom iz tople klime u umjerenim regijama u početku uopće ne uključuje upotrebu stakla. U sjeverozapadnoj Europi, mediteranski usjevi zasađeni su u blizini posebnih konstrukcija, nazvanih „voćni zidovi“, koje uz visoku toplinsku masu stvaraju mikroklimu koja se može kretati od 8 do 12 ° C (14 do 22 ° F) toplije od neometanog vremena.

Kasnije su staklenici izgrađeni od ovih voćnih zidova dodatno poboljšali performanse solarne energije. Tek na kraju 19. vijeka staklenik je postao potpuno zastakljena i umjetno grijana zgrada, u kojoj se toplota gubi gotovo trenutno - potpuno suprotno primitivnoj tehnologiji iz koje su nastali ovi moderni staklenici.

Tokom naftnih šokova 1970-ih, ponovo se pojavilo zanimanje za pasivne solarne staklenike. [7] Međutim, pažnja je brzo nestala kako su cijene energije padale, a staklenik je ostao radni konj sjeverozapada svijeta. Kinezi su sagradili 800.000 hektara pasivnih solarnih staklenika tokom posljednje tri decenije, što čini 80 puta više od površine Holandije, zemlje sa najvećom stakleničkom industrijom na svijetu.

Kineski staklenik

Kineski pasivni solarni staklenik ima tri zida od opeke ili blata. Samo južna strana konstrukcije sastoji se od prozirnog materijala (obično plastičnog lima) kroz koji može sijati sunce. Danju staklenik hvata sunčevu toplinu u toplotnoj masi zidova koja se oslobađa noću.

Kako sunce zalazi, izolacioni sloj - izrađen od slame, prešane trave ili platna - prostire se preko plastike, povećavajući sposobnost izolacije konstrukcije. Zidovi također blokiraju hladne sjeverne vjetrove, koji bi, ako se ne blokiraju, ubrzali gubitak toplote iz staklenika.

Suprotno energetski intenzivnom stakleniku, kineski pasivni solarni staklenik tijekom cijele godine grije se samo solarnom energijom, čak i kada vanjska temperatura padne ispod leda. Unutarnja temperatura konstrukcije može biti i do 25 ° C (45 ° F) viša od vanjske temperature.

Politika poticaja kineske vlade učinila je solarni staklenik kamenom proizvodnje hrane u centralnoj i sjevernoj Kini. Petinu ukupne površine staklenika u Kini sada čine solarni staklenici. Očekuje se da će 2020. godine zauzeti najmanje 1,5 miliona hektara. [jedan]


Kinesko unapređenje staklenika

Prvi staklenik u kineskom stilu izgrađen je 1978. Međutim, tehnologija je uzela maha tek tokom 1980-ih, nakon pojave prozirnih plastičnih listova. Ovi limovi nisu samo jeftiniji od staklenih limova, već su i lakši i ne zahtijevaju snažnu nosivost, što čini konstrukciju konstrukcije znatno jeftinijom. Od tada se dizajn neprestano poboljšava.

Struktura je napravljena dublje i više, omogućavajući bolju distribuciju sunčeve svjetlosti i osiguravajući smanjenje temperaturnih kolebanja.


O: Originalni dizajn iz 1980-ih sa staklenim poklopcem. B: Poboljšani dizajn iz oko 1985. godine, s plastičnom folijom, noćnom zavjesom i bolje izoliranim zidovima. Ovaj dizajn je najčešći. C: Poboljšani dizajn iz 1995. Zidovi su tanji jer su izolirani modernim materijalima. Noćna zavjesa radi automatski. D: Najnoviji dizajn, iz 2007. godine, s letakom koji pruža više prostora za dodatnu izolaciju.

Pored toga, poljoprivrednici se sve više okreću modernim izolacijskim materijalima preko nabijene zemlje ili zračnih šupljina u zidovima, što štedi prostor i / ili poboljšava karakteristike apsorpcije toplote strukture. Široko se koriste i pokrivači od sintetičke izolacije, koji su prikladniji za suzbijanje vlage od staromodnih prostirki od slame, koje postaju teže i manje izolirane kad su mokre.

U nekim novijim staklenicima izolacijski pokrivači se automatski smotaju gore-dolje i koriste se sofisticiraniji ventilacijski sustavi. Neki staklenici imaju dvostruki krov ili reflektirajuću izolaciju. Nadalje, trajno se poboljšava plastična folija koja se koristi za plastenike - što je očito najmanje održiva komponenta sistema - što rezultira duljim vijekom trajanja.

Kineske stakleničke performanse

Učinak kineskog staklenika ovisi o njegovom dizajnu, geografskoj širini i lokalnoj klimi. Nedavno istraživanje proučavalo je tri vrste staklenika u Shenyangu, glavnom gradu provincije Liaoning. Grad se nalazi na 41,8 ° S i jedno je od najsjevernijih područja u kojima je izgrađena ova vrsta staklenika (između 32 ° N sjeverne širine i 43 ° S).

Istraživanje je provedeno od početka novembra do kraja marta, perioda tokom kojeg spoljna temperatura pada ispod leda. Prosječna temperatura u najhladnijem mjesecu je između -15 ° C i -18 ° C (5 do -0,4 ° F). [jedan]

Tri proučena staklenika imaju zajednički oblik i zajedničke dimenzije (60 x 12,6 x 5,5 m), ali se razlikuju po zidovima, plastičnom limu i prozirnom sloju. Najjednostavnija konstrukcija ima nabijene zemljane zidove i unutarnji sloj opeke kako bi se povećala stabilnost konstrukcije. Navlaka je tanka plastična folija koja je noću prekrivena slamnatim pokrivačem.

Preostala dva staklenika imaju zid okrenut prema sjeveru od opeke s ekstrudatom od stiropora koji djeluje kao izolacijski materijal, pa se širina zida može prepoloviti. Oni su takođe prekriveni debelim PVC plastičnim limom. Najbolji staklenik ovome dodaje reflektirajući premaz preko izolacijskog pokrivača, dodatno smanjujući gubitak toplote noću.

U najjednostavnijim plastenicima temperature padaju ispod nule od početka decembra do sredine januara. Bez dodatnog grijanja ovaj staklenik ne može proizvesti bilo koji usjev na ovoj geografskoj širini. Samo u najsofisticiranijim plastenicima - sa svojim reflektirajućim izolacijskim slojem - moguće je stalno održavati temperaturu iznad nule, koristeći samo sunčevu energiju.

Takođe, temperatura se većinu vremena održavala iznad 10 ° C, što je minimalna temperatura za uzgoj biljaka u toploj sezoni, kao što su paradajz i krastavci. Naravno, pasivni solarni staklenici smješteni na jugu, na južnijim lokacijama, zahtijevaju manje sofisticirane tehnike izolacije.

Solarni staklenici u sjevernoj klimi


Ako idemo sjevernije, slični pasivni solarni staklenici zahtijevali bi dodatno grijanje tijekom hladnijih mjeseci u godini, bez obzira na to koliko su dobro izolirani. Što je staklenik sjeverniji, to će se strmije naginjati. Krov je nagnut da bude okomit na sunčeve zrake kada je sunce u najnižem položaju na horizontu.

2005. godine u Manitobi, Kanada, na geografskoj širini od 50 ° N. testiran je staklenik u kineskom stilu. Ovaj staklenik, 30 x 7 metara, sa dobro izoliranim zidom okrenutim prema sjeveru (fiberglass od 3,6 RSI) i izolacijom pokrivača (1,2 RSI pamuk) , primećeno je od januara do aprila.

Tokom najhladnijeg mjeseca (februara) vanjska temperatura kretala se između + 4,5 ° C i -29 ° C (40 do 20 ° F), dok je unutarnja temperatura u prosjeku bila za 18 ° C (32,4 ° F) viša od vanjske, što je onemogućavalo uzgajati biljke bez dodatnog grijanja zimi. [2]

Međutim, ušteda energije može biti ogromna u poređenju sa staklenim staklenikom. Da bi temperatura uvijek bila iznad deset stepeni, sistem grijanja kanadske građevine mora isporučivati ​​najviše 17 W / m2, odnosno 3,6 kW za cijelu zgradu. [2] Za usporedbu, stakleni staklenik jednakih proporcija, i pri istim unutarnjim i vanjskim temperaturama, trebao bi imati maksimalni kapacitet od 125 do 155 kW.

Ovi se rezultati ne mogu primijeniti na svim mjestima na 50 ° N. Kanadska istraživanja pokazuju da sunčevo zračenje ima veći utjecaj na unutrašnju temperaturu konstrukcije od vanjske temperature. Korelacija između unutarnje temperature i sunčeve svjetlosti gotovo je četiri puta veća od korelacije između unutarnje temperature i vanjske temperature. [2] Na primjer, dok je Brisel na istoj geografskoj širini kao i Manitoba, potonja ima u prosjeku 1,5 puta više sunčeve svjetlosti.

Toplinski kapacitet može se dodatno poboljšati postavljanjem u strukturu napunjenih vodom spremnika obojenih crnom bojom, uz zid okrenut prema sjeveru. Ovi rezervoari danju hvataju dodatnu sunčevu energiju, a noću je oslobađaju. Drugačiji način poboljšanja zadržavanja topline u stakleniku je postavljanjem bermi ili terasama zemlje na zidove okrenute prema sjeveru, istoku i zapadu. Drugo rješenje za poboljšanje izolacije je podzemlje ili "staklenik u bunarima". [8] Međutim, ovaj staklenik prima manje sunčeve svjetlosti i sklon je poplavama.

Svemirski problemi

Pasivni solarni staklenik mogao bi uštedjeti mnogo energije, ali postoji cijena koju treba platiti: koristi koje generira kineski staklenik dva su do tri puta niže po kvadratnom metru od potpuno zastakljenih dijelova. U najučinkovitijim kineskim plastenicima po kvadratnom metru može se uzgajati prosječno 30 kg rajčice i 30 kg krastavaca (podaci iz 2005.), dok je prosječna proizvodnja u staklenim plastenicima oko 60 kg rajčice i 100 krastavaca kg (podaci iz 2003. godine). [3. 4].

Stoga bi pasivnom stakleničkom području trebalo do dva do tri puta više prostora za proizvodnju iste količine hrane. To bi se moglo smatrati problemom, ali naravno ono što zaista najintenzivnije koristi prostor u poljoprivredi je proizvodnja mesa. Raznolikija i atraktivnija ponuda voća i povrća mogla bi biti održivija alternativa za smanjenje potrošnje mesa, pa upotreba zemljišta ne bi predstavljala problem.

Staklenici grijani kompostom


Drugi problem solarnih staklenika je nedostatak izvora CO2. U modernim plastenicima cilj je imati nivo CO2 najmanje tri puta veći od nivoa na otvorenom, kako bi se povećao prinos usjeva. Ovaj CO2 se proizvodi kao nusproizvod sistema grijanja na bazi fosilnih goriva unutar staklenika.

Međutim, kada se ne koriste fosilna goriva, mora se pronaći drugi izvor CO2. To nije problem samo za solarne plastenike, već je i jedan od glavnih razloga zašto geotermalna energija i električne toplotne pumpe ne čine napredak u modernoj industriji staklenika.

U kineskom solarnom stakleniku ovaj se problem ponekad rješava kombiniranjem uzgoja usjeva i stočarstva. Svinje, pilići i ribe proizvode CO2 koji biljke mogu apsorbirati, dok biljke proizvode kisik (i zeleni otpad) za životinje.

Životinje i njihov stajski gnoj takođe doprinose zagrijavanju konstrukcije. Istraživanja na ovim vrstama staklenika sa integrisanim sistemima pokazala su da kombinovana proizvodnja povrća, mesa, mleka i jaja značajno povećava prinose. [5]

Justin Walker, Amerikanac koji je trenutno u Sibiru, učestvuje u izgradnji integriranog sistema koji koristi konje, koze i ovce u samostanu u Sibiru. Uzimajući u obzir surovu klimu, građevina je dijelom izgrađena pod zemljom, dok su njezini istureni dijelovi zemljani bermi.

Iznad područja štale nalazi se plast sijena koji pruža dodatnu zimsku izolaciju, kao i ventilaciju tokom ljeta kada je prazan. Njegov sistem za rekuperaciju toplote proizvodi toplu vodu koja se kanalizira kroz pod, grejući pod staklenika. CO2 opskrbljuju životinje. [6]

Grijanje i proizvodnja CO2 mogu se obaviti i bez držanja životinja u stakleniku. Korištenje stajnjaka je dovoljno. Kao što smo vidjeli u prethodnom članku, upotreba konjskog stajnjaka za grijanje staklenika malog obima datira već nekoliko stoljeća u Europu, a u Kini se vježba već 2000 godina. Od 1980-ih u SAD-u je izgrađeno nekoliko staklenika grijanih na kompost.

Oni su pokazali da se staklenik može potpuno zagrijati kompostom ako je dobro izoliran, te da metoda dramatično obogaćuje razinu CO2 u tlu i zraku staklenika. Uz sve ovo, kompost služi i za povećanje plodnosti tla. [6]

Izvori:
[1] Optimizacija energetskih performansi tipičnih kineskih solarnih staklenika pomoću dinamičke simulacije (PDF), Alessandro Deiana i dr., Međunarodna konferencija poljoprivrednog inženjerstva, 2014, Zurich.
[2] Zimske performanse staklenika solarne energije u južnoj Manitobi (PDF), Canadian Biosystems Engineering. 2006.
[3] Solarni staklenik: stanje tehnike u uštedi energije i održivoj opskrbi energijom. G. Bot i dr., 2005
[4] Struktura, funkcija, primjena i ekološka korist jednog nagiba, energetski efikasnog solarnog staklenika u Kini. HortTechnology, juni 2010
[5] Integrisani energetski samoposlužni komplementarni ekosustav životinja i biljaka u Kini, u „Integrisani energetski sistemi u Kini - iskustvo hladnog severozapadnog regiona“, FAO, 1994.
[6] Grijač vode na kompost: Kako zagrijati staklenik, bazen ili zgrade samo kompostom, Gaelan Brown, 2014.
[7] Na primjer "Solarna staklenička knjiga" (PDF), izdavač Rodale Press 1978. godine
[8] Knjiga o solarnom stakleniku zaštićena zemljom, Mike Oehler, 2007

Ecoportal.net
Low Tech Magazine
http://www.es.lowtechmagazine.com/


Video: What is the greenhouse effect? Global Ideas (Januar 2022).