Sistemes alternatius per escalfar hivernacles per al cultiu de verdures i herbes fresques a l’hivern.
Com a resultat de l’augment dels preus dels combustibles fòssils i de les restriccions a les emissions de CO2 i altres contaminants, és necessari trobar sistemes alternatius per escalfar hivernacles per al cultiu de verdures i herbes fresques a l’hivern. Una possible alternativa és l’ús de energia solar. L’escalfament d’hivernacles durant la nit amb energia solar requereix una combinació de diversos components basats en els principis següents: 1. absorció de l’energia del sol (durant el dia), 2. emmagatzematge de l’energia i evitar pèrdues d’energia als voltants i 3. utilitzant l'energia a la nit.
L’absorció d’energia solar augmenta cobrint el sòl amb una làmina de plàstic transparent. El sòl humit té la capacitat d’emmagatzemar una gran quantitat d’energia calorífica. Un mètode addicional d’absorció i emmagatzematge de l’energia solar consisteix a col·locar tubs d’aigua de PE (polietilè) transparents horitzontals i verticals als túnels d’efecte hivernacle (figs. 3 i 4). L’ús de PE negre per construir els tubs d’aigua permet una major absorció de calor que els tubs transparents d’ús comú.
L’orientació de l’hivernacle també pot augmentar l’absorció d’energia solar. Un túnel d’entrada orientat est-oest absorbirà substancialment més energia que una estructura similar orientada nord-sud. La col·locació dels tubs d’aigua verticals autoportats al costat nord com a “paret d’aigua” augmenta l’absorció i l’emmagatzematge d’energia i, per tant, augmenta les temperatures nocturnes d’efecte hivernacle fins a 16 C0 a Israel, depenent de la radiació local i de les condicions climàtiques.
Les pèrdues d’energia a l’entorn es redueixen cobrint l’hivernacle amb una doble capa de làmines de plàstic amb bloqueig IR, amb un buit d’aire entre les làmines o mitjançant l’ús de pantalles tèrmiques o mantes d’aïllament. A partir del capvespre, quan ja no s’acumulen calor, els tubs d’aigua i el sòl alliberen energia calorífica cap al volum de l’hivernacle.
Aplicacions pràctiques similars d’aquests principis s’utilitzen en altres llocs del món. En algunes parts de la Xina l'energia solar s'emmagatzema en una gruixuda paret feta amb maons de fang o argila. A Israel hem aplicat aquests principis als túnels per al cultiu de l'alfàbrega. La combinació d’aquests components ens ha permès cultivar l’alfàbrega (cultiu d’estiu) a l’hivern, alhora que augmenta la producció, prevé malalties de les plantes i millora la qualitat, reduint al mateix temps els costos i l’emissió de gasos d’hivernacle.
L’ús de tubs d’aigua horitzontals no és un mètode nou, ja que es va provar fa anys. Tot i que els tubs horitzontals contribueixen a escalfar l’hivernacle, es troben al pitjor lloc de l’hivernacle, el lloc més fred i ombrejat, i estan exposats a danys mecànics. Una solució única per disposar els tubs d’aigua verticalment és una bona i eficaç solució als problemes dels tubs d’aigua horitzontals. Es mantenen independentment, no estan recolzats per l'estructura de l'hivernacle. Tenen un marc rígid fet amb una màniga de xapa metàl·lica o es recolzen mitjançant un mànec fet amb una malla metàl·lica.
Els tubs verticals estan exposats al sol i no s’interposen als treballadors de l’hivernacle. És possible emmagatzemar un volum d’aigua molt més gran a l’hivernacle per permetre un major emmagatzematge d’energia tèrmica. La col·locació correcta dels tubs verticals redueix els problemes d’ombrejat a l’hivern i és adequada per a hivernacles de diversos trams i orientacions nord-sud en túnels d’entrada.
L'orientació del túnel de sortida té una influència important en l'absorció d'energia solar. L'orientació est-oest permet entrar molta més llum solar a l'hivernacle. A l’hivern, quan el sol és baix, els raigs solars colpegen la coberta de plàstic del túnel d’entrada orientat al nord sud amb un angle agut. Com a resultat, es reflecteix una part del feix. Els raigs solars que toquen l'orientació est-oest estan gairebé en angle recte, cosa que fa que hi entri molta més llum al túnel, cosa que comporta rendiments més alts.
Aquest coneixement va donar pas al desenvolupament i construcció de l’hivernacle “Eden”. L'hivernacle "Eden" està orientat est-oest i els tubs verticals es troben al costat nord. Formen una "paret d'aigua". Aquesta ubicació té l'avantatge que no hi ha ombres al cultiu i que no hi ha molèsties físiques per als treballadors. Es pot mantenir una quantitat d’aigua relativament gran al passeig del túnel (8 m3 d’aigua en un túnel de 30 m de longitud). La "paret de l'aigua" absorbeix l'energia solar durant els dies relativament calorosos i allibera la calor durant la nit, creant temperatures òptimes per a la producció de cultius.
La raó per utilitzar l’aigua als tubs és l’alta calor específica de l’aigua en comparació amb altres materials. Hi ha aigua disponible i no contaminarà el sòl si es danyen els tubs. Una imatge tèrmica que es va fer a la nit mostra la calor emmagatzemada a la paret d’aigua i la influència sobre la temperatura de la planta. El rendiment de la collita d’alfàbrega va ser significativament superior a l’hivern als túnels a peu equipats amb una paret d’aigua.
En conclusió, vam desenvolupar un sistema senzill, sostenible, sense contaminació, sense emissions per al cultiu d’estiu a l’hivern, augmentant la temperatura utilitzant només energia solar. A Israel, és possible cultivar cultius d’alfàbrega a l’hivern utilitzant: cobriment de PE, tubs d’aigua, mampares tèrmiques i capes dobles de material de cobertura de PE. Els millors resultats es van aconseguir utilitzant una paret de tubs d’aigua de negre PE situats al costat nord del túnel orientat est-oest.
Orientar el túnel en direcció est-oest té un avantatge considerable respecte als túnels orientats nord-sud. Aquest mètode va permetre cultivar l'alfàbrega lliure de malalties hivernals sense necessitat de polvorització química de fungicides. Depenent de les condicions climàtiques, hi ha la possibilitat d’utilitzar només alguns dels mètodes esmentats per produir rendiments elevats d’excel·lent qualitat.