Alternative Systeme zur Beheizung von Gewächshäusern für den Anbau von Gemüse und frischen Kräutern im Winter.
Aufgrund steigender Preise für fossile Brennstoffe und Beschränkungen des Ausstoßes von CO2 und anderen Schadstoffen müssen alternative Systeme zur Beheizung von Gewächshäusern für den Anbau von Gemüse und frischen Kräutern im Winter gefunden werden. Eine mögliche Alternative ist die Verwendung von Solarenergie. Die nächtliche Beheizung von Gewächshäusern mit Solarenergie erfordert eine Kombination mehrerer Komponenten nach folgenden Prinzipien: 1. Aufnahme der Sonnenenergie (tagsüber), 2. Speicherung der Energie und Vermeidung von Energieverlusten an die Umgebung und 3 ... die Energie in der Nacht nutzen.
Die Absorption der Sonnenenergie wird erhöht, indem der Boden mit einer transparenten Plastikfolie bedeckt wird. Der benetzte Boden hat die Fähigkeit, eine große Menge an Wärmeenergie zu speichern. Eine weitere Methode zur Aufnahme und Speicherung von Sonnenenergie ist die Platzierung horizontaler und vertikaler transparenter PE (Polyethylen)-Wasserrohre in den Gewächshaustunneln (Abb. 3 und 4). Die Verwendung von schwarzem PE zur Konstruktion der Wasserrohre ermöglicht eine höhere Wärmeaufnahme als die üblicherweise verwendeten transparenten Rohre.
Auch die Ausrichtung des Gewächshauses kann die Aufnahme von Sonnenenergie erhöhen. Ein begehbarer Tunnel in Ost-West-Ausrichtung wird wesentlich mehr Energie aufnehmen als ein ähnliches Bauwerk in Nord-Süd-Ausrichtung. Die Platzierung der selbsttragenden vertikalen Wasserrohre auf der Nordseite als „Wasserwand“ erhöht die Energieaufnahme und -speicherung und erhöht somit die Nachttemperaturen im Gewächshaus in Israel je nach lokaler Strahlung und klimatischen Bedingungen auf bis zu 16 C0.
Energieverluste an die Umgebung werden reduziert, indem das Gewächshaus mit einer Doppelschicht aus Kunststoffplatten mit IR-Blockierung, mit einem Luftspalt zwischen den Platten oder durch die Verwendung von Wärmeschirmen oder Isolierdecken abgedeckt wird. Ab Sonnenuntergang, wenn kein Wärmestau mehr besteht, geben die Wasserrohre und der Boden Wärmeenergie an das Gewächshausvolumen ab.
Ähnliche praktische Anwendungen dieser Prinzipien werden anderswo auf der Welt verwendet. In Teilen Chinas wird Sonnenenergie in einer dicken Mauer aus Lehm oder Tonziegeln gespeichert. In Israel haben wir diese Prinzipien in begehbaren Tunneln für den Basilikumanbau angewendet. Die Kombination dieser Komponenten hat es uns ermöglicht, Basilikum (eine Sommerkultur) im Winter anzubauen, während wir gleichzeitig die Produktion steigern, Pflanzenkrankheiten vorbeugen, die Qualität verbessern und gleichzeitig die Kosten und den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren.
Die Verwendung horizontaler Wasserrohre ist keine neue Methode, da sie vor Jahren erprobt wurde. Auch wenn die horizontalen Rohre einen gewissen Beitrag zur Erwärmung des Gewächshauses leisten, befinden sie sich im Gewächshaus am schlechtesten, am kältesten und schattigsten und sind mechanischen Beschädigungen ausgesetzt. Eine einzigartige Lösung der vertikalen Anordnung der Wasserrohre ist eine gute und effektive Lösung für die Probleme der horizontalen Wasserrohre. Sie stehen unabhängig, sie werden nicht von der Gewächshausstruktur getragen. Sie haben einen starren Rahmen aus einer Blechhülse oder werden durch eine Hülse aus Metalldrahtgeflecht gestützt.
Die vertikalen Rohre sind der Sonne ausgesetzt und stehen den Arbeitern im Gewächshaus nicht im Weg. Es ist möglich, im Gewächshaus eine viel größere Wassermenge zu speichern, um eine größere Speicherung von Wärmeenergie zu ermöglichen. Die richtige Positionierung der vertikalen Rohre reduziert Verschattungsprobleme im Winter und eignet sich für mehrfeldrige Gewächshäuser und Nord-Süd-Ausrichtungen in begehbaren Tunneln.
Die Ausrichtung des begehbaren Tunnels hat großen Einfluss auf die Aufnahme der Sonnenenergie. Die Ost-West-Ausrichtung lässt viel mehr Sonnenlicht in das Gewächshaus. Im Winter, wenn die Sonne tief steht, treffen die Sonnenstrahlen in einem spitzen Winkel auf die Kunststoffabdeckung des Nord-Süd ausgerichteten begehbaren Tunnels. Dadurch wird ein Teil des Strahls reflektiert. Die Sonnenstrahlen, die in Ost-West-Ausrichtung auftreffen, sind fast rechtwinklig, was dazu führt, dass viel mehr Licht in den Tunnel einfällt, was zu höheren Erträgen führt.
Dieses Wissen wich für die Entwicklung und den Bau des Gewächshauses „Eden“. Das Gewächshaus „Eden“ ist Ost-West ausgerichtet und die vertikalen Röhren befinden sich auf der Nordseite. Sie bilden eine „Wasserwand“. Dieser Standort hat den Vorteil, dass keine Beschattung der Pflanzen und keine körperliche Beeinträchtigung der Arbeiter auftritt. Im begehbaren Tunnel kann relativ viel Wasser gehalten werden (8 m3 Wasser in einem begehbaren Tunnel von 30 m Länge). Die „Wasserwand“ absorbiert die Sonnenenergie während der relativ heißen Tage und gibt die Wärme während der Nacht wieder ab, wodurch optimale Temperaturen für die Pflanzenproduktion geschaffen werden.
Der Grund für die Verwendung von Wasser in den Rohren ist die hohe spezifische Wärme von Wasser im Vergleich zu anderen Materialien. Wasser ist verfügbar und verunreinigt den Boden nicht, wenn die Rohre beschädigt sind. Ein nachts aufgenommenes Wärmebild zeigt die in der Wasserwand gespeicherte Wärme und den Einfluss auf die Pflanzentemperatur. Der Ertrag der Basilikumernte war im Winter in begehbaren Stollen mit Wasserwand deutlich höher.
Zusammenfassend haben wir ein einfaches, nachhaltiges, umweltfreundliches System ohne Emissionen für den Anbau von Sommerkulturen im Winter entwickelt, indem wir die Temperatur ausschließlich mit Sonnenenergie erhöhen. Es ist möglich, im Winter in Israel Basilikum anzubauen, indem man folgendes verwendet: PE-Mulch, Wasserschläuche, Wärmeschutz und doppelte Schichten von PE-Deckmaterial. Die besten Ergebnisse wurden mit einer Wand aus schwarzen PE-Wasserrohren erzielt, die auf der Nordseite des Ost-West-orientierten Tunnels stehend ist.
Die Ausrichtung des Tunnels in Ost-West-Richtung hat einen erheblichen Vorteil gegenüber Nord-Süd-orientierten Tunneln. Diese Methode ermöglichte es, Basilikum frei von Winterkrankheiten anzubauen, ohne dass chemische Fungizide gesprüht werden mussten. Abhängig von den klimatischen Bedingungen besteht die Möglichkeit, nur mit einigen der oben genannten Verfahren hohe Erträge in hervorragender Qualität zu erzielen.