Εναλλακτικά συστήματα θέρμανσης θερμοκηπίων για την καλλιέργεια λαχανικών και φρέσκων βοτάνων το χειμώνα.
Ως αποτέλεσμα της αύξησης των τιμών των ορυκτών καυσίμων και των περιορισμών στις εκπομπές CO2 και άλλων ρύπων, υπάρχει ανάγκη εξεύρεσης εναλλακτικών συστημάτων θέρμανσης θερμοκηπίων για την καλλιέργεια λαχανικών και φρέσκων βοτάνων το χειμώνα. Μια πιθανή εναλλακτική λύση είναι η χρήση του ηλιακής ενέργειας. Η θέρμανση των θερμοκηπίων κατά τη διάρκεια της νύχτας με ηλιακή ενέργεια απαιτεί συνδυασμό διαφόρων συστατικών με βάση τις ακόλουθες αρχές: 1. απορρόφηση της ενέργειας από τον ήλιο (κατά τη διάρκεια της ημέρας), 2. αποθήκευση της ενέργειας και αποφυγή απώλειας ενέργειας στο περιβάλλον και 3 χρησιμοποιώντας την ενέργεια τη νύχτα.
Η απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας αυξάνεται καλύπτοντας το έδαφος με ένα διαφανές πλαστικό φύλλο. Το βρεγμένο έδαφος έχει την ικανότητα να αποθηκεύει μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας. Μια πρόσθετη μέθοδος απορρόφησης και αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας είναι η τοποθέτηση οριζόντιων και κάθετων διαφανών σωλήνων νερού PE (πολυαιθυλενίου) στις σήραγγες του θερμοκηπίου (εικ. 3 και 4). Η χρήση μαύρου PE για την κατασκευή των σωλήνων νερού επιτρέπει μεγαλύτερη απορρόφηση θερμότητας από τους διαφανείς σωλήνες που χρησιμοποιούνται συνήθως.
Ο προσανατολισμός του θερμοκηπίου μπορεί επίσης να αυξήσει την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας. Μία σήραγγα που είναι προσανατολισμένη ανατολικά-δυτικά θα απορροφήσει ουσιαστικά περισσότερη ενέργεια από μια παρόμοια δομή προσανατολισμένη βορρά-νότο. Η τοποθέτηση των αυτο-υποστηριζόμενων κάθετων σωλήνων νερού στη βόρεια πλευρά ως «τοίχος νερού» αυξάνει την απορρόφηση ενέργειας και την αποθήκευση, αυξάνοντας έτσι τις θερμοκρασίες το βράδυ του θερμοκηπίου έως και 16 C0 στο Ισραήλ, ανάλογα με την τοπική ακτινοβολία και τις κλιματολογικές συνθήκες.
Η απώλεια ενέργειας στο περιβάλλον μειώνεται καλύπτοντας το θερμοκήπιο με ένα διπλό στρώμα πλαστικών φύλλων με απόφραξη υπερύθρων, με ένα κενό αέρα μεταξύ των φύλλων ή με τη χρήση θερμικών σίτων ή μονωτικών καλυμμάτων. Από το ηλιοβασίλεμα όταν δεν υπάρχει πλέον συσσώρευση θερμότητας, οι σωλήνες νερού και το έδαφος απελευθερώνουν θερμική ενέργεια στον όγκο του θερμοκηπίου.
Παρόμοιες πρακτικές εφαρμογές αυτών των αρχών χρησιμοποιούνται αλλού στον κόσμο. Σε μέρη της Κίνας η ηλιακή ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα παχύ τοίχωμα από λάσπη ή πηλό τούβλα. Στο Ισραήλ εφαρμόσαμε αυτές τις αρχές σε σήραγγες για την ανάπτυξη του βασιλικού. Ο συνδυασμός αυτών των συστατικών μάς επέτρεψε να καλλιεργήσουμε βασιλικό (μια θερινή καλλιέργεια) το χειμώνα, αυξάνοντας παράλληλα την παραγωγή, αποτρέποντας τις ασθένειες των φυτών και βελτιώνοντας την ποιότητα, μειώνοντας παράλληλα το κόστος και την εκπομπή αερίων θερμοκηπίων.
Η χρήση οριζόντιων σωλήνων νερού δεν είναι μια νέα μέθοδος για την οποία δοκιμάστηκε πριν από χρόνια. Παρόλο που οι οριζόντιοι σωλήνες έχουν κάποια συμβολή στη θέρμανση του θερμοκηπίου, βρίσκονται στο χειρότερο μέρος του θερμοκηπίου, το πιο κρύο και πιο σκιασμένο μέρος, και εκτίθενται σε μηχανικές βλάβες. Μια μοναδική λύση τακτοποίησης των σωλήνων νερού κάθετα είναι μια καλή και αποτελεσματική λύση στα προβλήματα των οριζόντιων σωλήνων νερού. Στέκονται ανεξάρτητα και δεν υποστηρίζονται από τη δομή του θερμοκηπίου. Έχουν ένα άκαμπτο πλαίσιο κατασκευασμένο από ένα μεταλλικό περίβλημα από φύλλα, ή υποστηρίζονται με τη χρήση ενός χιτωνίου από μεταλλικό συρματόπλεγμα.
Οι κάθετοι σωλήνες εκτίθενται στον ήλιο και δεν εμποδίζουν τους εργαζόμενους στο θερμοκήπιο. Είναι δυνατό να αποθηκεύσετε πολύ μεγαλύτερο όγκο νερού στο θερμοκήπιο για να επιτρέψετε μεγαλύτερη αποθήκευση θερμικής ενέργειας. Η τοποθέτηση των κάθετων σωλήνων μειώνει σωστά τα προβλήματα σκίασης το χειμώνα και είναι κατάλληλη για θερμοκήπια πολλαπλών εκτάσεων και προσανατολισμούς Βορρά-Νότου σε σήραγγες περιπάτου.
Ο προσανατολισμός της σήραγγας βάσης επηρεάζει σημαντικά την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας. Ο προσανατολισμός Ανατολής-Δύσης επιτρέπει πολύ περισσότερο φως του ήλιου να εισέλθει στο θερμοκήπιο. Το χειμώνα, όταν ο ήλιος είναι χαμηλός, οι ακτίνες του ήλιου χτυπούν το πλαστικό κάλυμμα της σήραγγας βόρειου νότιου προσανατολισμού σε απότομη γωνία. Ως αποτέλεσμα αντανακλάται μέρος της δέσμης. Οι ακτίνες του ήλιου που χτυπούν τον ανατολικό-δυτικό προσανατολισμό είναι σχεδόν σε ορθή γωνία, με αποτέλεσμα πολύ περισσότερο φως να εισέρχεται στη σήραγγα, οδηγώντας σε υψηλότερες αποδόσεις.
Αυτή η γνώση έδωσε τη θέση στην ανάπτυξη και την κατασκευή του θερμοκηπίου «Eden». Το θερμοκήπιο «Eden» προσανατολίζεται ανατολικά - δυτικά και οι κάθετοι σωλήνες βρίσκονται στη βόρεια πλευρά. Σχηματίζουν έναν «τοίχο νερού». Αυτή η τοποθεσία έχει ένα πλεονέκτημα ότι δεν υπάρχει σκίαση στη σοδειά και δεν υπάρχει φυσική ενόχληση στους εργαζόμενους. Μια σχετικά μεγάλη ποσότητα νερού μπορεί να διατηρηθεί στη βόλτα μέσα στη σήραγγα (8 m3 νερό σε μια σήραγγα βάθους 30 μέτρων). Το «τείχος του νερού» απορροφά την ηλιακή ενέργεια κατά τη διάρκεια των σχετικά ζεστών ημερών και απελευθερώνει τη θερμότητα κατά τη διάρκεια της νύχτας, δημιουργώντας βέλτιστες θερμοκρασίες για την παραγωγή των καλλιεργειών.
Ο λόγος για τη χρήση νερού στους σωλήνες είναι η υψηλή ειδική θερμότητα του νερού σε σύγκριση με άλλα υλικά. Διατίθεται νερό και δεν θα μολύνει το έδαφος εάν οι σωλήνες έχουν υποστεί ζημιά. Μια θερμική εικόνα που τραβήχτηκε τη νύχτα δείχνει τη θερμότητα που αποθηκεύεται στον τοίχο του νερού και την επίδραση στη θερμοκρασία του φυτού. Η απόδοση της καλλιέργειας βασιλικού ήταν χειμώνα σημαντικά υψηλότερη σε σήραγγες περιπάτου εξοπλισμένες με τείχος νερού.
Συμπερασματικά, αναπτύξαμε ένα απλό, βιώσιμο, μη ρυπογόνο, χωρίς εκπομπές σύστημα για την καλλιέργεια θερινών καλλιεργειών το χειμώνα αυξάνοντας τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας μόνο ηλιακή ενέργεια. Είναι δυνατό να καλλιεργήσετε βασιλικές καλλιέργειες το χειμώνα στο Ισραήλ χρησιμοποιώντας: στρώμα PE, σωλήνες νερού, θερμικές σίτες και διπλά στρώματα υλικού κάλυψης PE. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν χρησιμοποιώντας έναν τοίχο από μαύρους σωλήνες νερού PE που στέκονταν στη βόρεια πλευρά της σήραγγας ανατολής-δύσης.
Ο προσανατολισμός της σήραγγας σε κατεύθυνση ανατολής-δύσης έχει σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των σηράγγων βορρά-νότου. Αυτή η μέθοδος κατέστησε δυνατή την ανάπτυξη βασιλικού χωρίς χειμερινές ασθένειες χωρίς να απαιτείται χημικός ψεκασμός μυκητοκτόνων. Ανάλογα με τις κλιματολογικές συνθήκες, υπάρχει η δυνατότητα χρήσης μόνο ορισμένων από τις προαναφερθείσες μεθόδους για την παραγωγή υψηλών αποδόσεων εξαιρετικής ποιότητας.