Solarenergie effizient nutzen und speichern, um ein Gewächshaus das ganze Jahr über zu betreiben
Gewächshäuser können faszinierende Umgebungen zum Anbau von Pflanzen sein. Dies liegt daran, dass herkömmliche Gewächshausmaterialien wie Glas und Kunststoff («Verglasung») sehr gut darin sind, Licht und Wärme einzulassen und gleichzeitig Wärme abzugeben. Mit so viel verglaster Fläche neigen Gewächshäuser in der Regel dazu, sich während des Tages zu überhitzen, wenn sie nicht kontrolliert werden. Da Glas und Kunststoff keine Isolierung bieten, verlieren sie nachts all diese Wärme, was zu einem Einfrieren führt. Pflanzen, genau wie Menschen, mögen diese extremen Temperaturschwankungen nicht.
Inhaltsverzeichnis
Die Herausforderung des Gewächshausanbaus
Die primäre Herausforderung beim Gewächshausanbau besteht darin, diese Temperaturschwankungen zu stabilisieren. Herkömmlicherweise tun Menschen dies, indem sie Energie durch Heiz- oder Kühlsysteme in das Gewächshaus leiten. Aber der intelligentere und nachhaltigere Weg, ein ganzjähriges stabiles Gewächshaus zu schaffen, besteht darin, die überschüssige Solarenergie, die während des Tages einströmt, zu nutzen, zu speichern und sie nachts zu verwenden. Ein weiterer Ansatz besteht darin, einen effizienten Heizkörper hinzuzufügen, der billige und erneuerbare Brennstoffe nutzt. Diese Strategien erfordern ein Verständnis und Forschung und haben einige anfängliche Kosten, aber die Rückzahlung in Form von ganzjährigem Anbau und langfristigen Einsparungen ist es definitiv wert.
Beginnen Sie immer mit guten Gewächshaus-Designprinzipien
Denken Sie daran, es gibt keine günstigere Energie als die Energie, die Sie nicht verwenden müssen. Wenn Sie also ein neues Gewächshaus entwerfen, erstellen Sie ein energieeffizientes Gewächshaus, das nicht viel Heizung und Kühlung benötigt, indem Sie passive Solargewächshaus-Designs verwenden. Dies bedeutet den Bau einer luftdichten, isolierten Struktur, die Verwendung geeigneter Dachmaterialien und die Ausrichtung des Gewächshauses mit der Verglasung nach Süden – woher all unser Licht auf der Nordhalbkugel kommt. Wenn Sie in einem bestehenden Gewächshaus anbauen, können Sie Ihr Gewächshaus isolieren und Luftlecks wetterfest machen. Die Reduzierung Ihres Energiebedarfs durch die Schaffung eines thermisch stabilen, energieeffizienten Gewächshauses ist immer der erste Schritt.
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1. Solarenergie in thermischer Masse speichern
Der einfachste und gebräuchlichste Weg, die Temperatur Ihres Gewächshauses auszugleichen, ist die Nutzung von thermischer Masse, auch als Wärmesenke bezeichnet. Thermische Masse ist jedes Material, das thermische Energie speichern kann. Die meisten Materialien tun dies in gewissem Umfang, aber einige tun es viel besser als andere. Wasser beispielsweise speichert etwa doppelt so viel Wärme wie Beton und etwa viermal so viel wie Erde.
Wie man thermische Masse nutzt
Die gebräuchlichste Methode zur Nutzung von thermischer Masse sind Wasserfässer, da sie eine sehr hohe Wärmekapazität haben. Durch das Stapeln mehrerer 200-Liter-Fässer mit Wasser in einem Gewächshaus kann der Gärtner eine große Menge an thermischer Masse einbringen. Die Fässer sollten dort gestapelt werden, wo sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind, oft an einer Nordwand. Da Pflanzen in der Nähe der Wasserfässer wärmer sein werden, sollten empfindlichere Pflanzen – wie Saatguttabletts oder warme Wetterkulturen – auf oder in der Nähe der Fässer platziert werden. Wenn Sie ein Aquaponik-Gewächshaus entwerfen, haben die Fischtanks den schönen Vorteil, dass sie auch als thermische Masse dienen. Andere Variationen beinhalten den Einbau von Beton oder Stein in das Gewächshaus – wie zum Beispiel die Verwendung einer Beton-Nordwand oder eines Natursteinbodens. Sogar der Boden in Hochbeeten fügt thermische Masse hinzu.
Der Nachteil der Verwendung von thermischer Masse
Die Verwendung von Wasserfässern (oder jeder Menge an thermischer Masse, die eine merkliche Veränderung bewirken wird) nimmt Platz im Gewächshaus ein. Dieser Raum kann potenziell den Anbauflächen Platz wegnehmen. Je nach Ihren Anbauzielen kann dies problematisch sein oder auch nicht.
2. Einen Wärmetauscher integrieren
Um einen Schritt über die standardmäßige thermische Masse hinauszugehen, können Sie einen Wärmetauscher integrieren, um Luft durch die Massequelle zu zirkulieren. Dies ist das, was wir das Erd-Luft-Wärmeübertragungssystem (GAHT®) nennen, aber es geht auch unter anderen Namen, wie zum Beispiel Klimabatterie.
Wie ein Wärmetauscher funktioniert
Es gibt viele Konfigurationen, aber der Mechanismus der Energieübertragung und -speicherung ist immer der gleiche. Wenn das Gewächshaus sich während des Tages aufheizt, pumpt ein Ventilator warme, feuchte Luft aus dem Inneren des Gewächshauses durch ein Netzwerk von Rohren, die bis zu 1,2 Meter unter der Erde vergraben sind (die meisten Systeme bestehen aus ein paar Schichten von Rohren, die 1,2 und 0,6 Meter unter der Oberfläche vergraben sind). Der Temperaturabfall zwingt den Wasserdampf zur Kondensation, und in diesem Prozess (der als Phasenwechsel bezeichnet wird) wird Energie freigesetzt. Diese Energie wird im Boden gespeichert, wodurch der Boden aufgeheizt wird. So entsteht das ganze Jahr über eine große Masse an warmem Boden unter dem Gewächshaus. Nachts, wenn die Temperatur im Gewächshaus sinkt, schaltet sich der Ventilator wieder ein und entzieht diese Wärme aus dem Boden.
Ein Erd-Luft-Wärmeübertrager funktioniert aus zwei Gründen sehr gut: Erstens ist die Menge der verfügbaren Masse (die Größe der «Batterie», wie wir sie zuvor erwähnt haben) enorm. Zum Beispiel gibt es 768 Kubikfuß Boden unter einem 12′ x 16′ Gewächshaus, wenn man eine Tiefe von 4′ annimmt. Wenn Sie die gesamte Nordwand desselben Gewächshauses mit zwei Reihen von 200-Liter-Wasserfässern (16 Fässer) ausstatten würden, hätten sie insgesamt 118 Kubikfuß Masse. Das bedeutet, dass der unterirdische Wärmetauscher etwa die doppelte Kapazität der Wasserfässer hat, wenn man die volumetrischen Wärmekapazitäten in der obigen Tabelle verwendet. Darüber hinaus hat ein Erd-Luft-Wärmeübertrager, da er mit der tiefen Erde verbunden ist, theoretisch eine unendliche Kapazität.
Zweitens erhöht die aktive Luftzirkulation durch die «Batterie» die Rate des Wärmeaustauschs. Die heißere/kühlere Luft wird gleichmäßiger im Gewächshaus verteilt, was Kältezonen verhindert. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Ventilatoren die Nutzung der Masse, wenn Sie es wünschen: Ein Thermostat schaltet den Ventilator bei bestimmten eingestellten Temperaturen ein und aus. D.h., der Ventilator beginnt, warme Luft nach unten zu pumpen, wenn das Gewächshaus eine bestimmte Temperatur erreicht hat, und stoppt, wenn die Temperatur unter einem bestimmten Punkt liegt.
Fazit
Die Nutzung und Speicherung von Solarenergie in einem Gewächshaus kann eine effiziente und nachhaltige Methode sein, um ein stabiles Anbauumfeld das ganze Jahr über zu schaffen. Durch das Verständnis und die Anwendung der Prinzipien des Wärmeaustauschs und der thermischen Masse können Gärtner die Temperaturschwankungen in ihren Gewächshäusern minimieren und eine optimale Umgebung für das Wachstum ihrer Pflanzen schaffen. Obwohl es einige anfängliche Investitionen erfordert, sind die langfristigen Einsparungen und die Fähigkeit, das ganze Jahr über anzubauen, den Aufwand wert.
