Sistemi alternativi per il riscaldamento delle serre per la coltivazione di ortaggi ed erbe aromatiche fresche in inverno.
Come risultato dell'aumento dei prezzi dei combustibili fossili e delle restrizioni sulle emissioni di CO2 e altri inquinanti, è necessario trovare sistemi alternativi per il riscaldamento delle serre per la coltivazione di ortaggi ed erbe fresche in inverno. Una possibile alternativa è l'uso di energia solare. Il riscaldamento delle serre durante la notte con l'energia solare richiede una combinazione di più componenti in base ai seguenti principi: 1. assorbimento dell'energia dal sole (durante il giorno), 2. immagazzinamento dell'energia ed evitando perdite di energia all'ambiente e 3 usando l'energia di notte.
L'assorbimento dell'energia solare viene aumentato coprendo il terreno con un telo di plastica trasparente. Il terreno bagnato ha la capacità di immagazzinare una grande quantità di energia termica. Un ulteriore metodo per assorbire e immagazzinare l'energia solare consiste nel posizionare tubi per l'acqua in PE (polietilene) orizzontali e verticali trasparenti nei tunnel della serra (figg. 3 e 4). L'uso di PE nero per costruire i tubi dell'acqua consente un maggiore assorbimento di calore rispetto ai tubi trasparenti comunemente usati.
L'orientamento della serra può anche aumentare l'assorbimento di energia solare. Un tunnel walk-in orientato est-ovest assorbirà sostanzialmente più energia di una struttura simile orientata nord-sud. Il posizionamento dei tubi d'acqua verticali autoportanti sul lato nord come un "muro d'acqua" aumenta l'assorbimento e lo stoccaggio di energia, aumentando quindi le temperature notturne delle serre fino a 16 C0 in Israele, a seconda della radiazione locale e delle condizioni climatiche.
Le perdite di energia per l'ambiente circostante vengono ridotte coprendo la serra con un doppio strato di teli di plastica con blocco IR, con uno spazio d'aria tra i teli o mediante l'uso di schermi termici o coperte isolanti. Dal tramonto, quando non c'è più accumulo di calore, i tubi dell'acqua e il suolo rilasciano energia termica nel volume della serra.
Applicazioni pratiche simili di questi principi sono utilizzate in altre parti del mondo. In alcune parti della Cina l'energia solare viene immagazzinata in uno spesso muro fatto di mattoni di fango o argilla. In Israele abbiamo applicato questi principi nei tunnel walk-in per la coltivazione del basilico. La combinazione di questi componenti ci ha permesso di coltivare il basilico (un raccolto estivo) in inverno, aumentando la produzione, prevenendo le malattie delle piante e migliorando la qualità riducendo i costi e le emissioni di gas serra.
L'utilizzo di tubi dell'acqua orizzontali non è un metodo nuovo perché è stato provato anni fa. Anche se i tubi orizzontali contribuiscono in qualche modo al riscaldamento della serra, si trovano nel punto peggiore della serra, il luogo più freddo e più ombreggiato, e sono esposti a danni meccanici. Una soluzione unica per disporre i tubi dell'acqua verticalmente è una soluzione valida ed efficace ai problemi dei tubi dell'acqua orizzontali. Stanno indipendentemente non sono supportati dalla struttura della serra. Hanno un telaio rigido costituito da un manicotto in lamiera o sono supportati utilizzando un manicotto realizzato con una rete metallica.
I tubi verticali sono esposti al sole e non intralciano i lavoratori della serra. È possibile immagazzinare un volume d'acqua molto maggiore nella serra per consentire un maggiore immagazzinamento di energia termica. Il corretto posizionamento dei tubi verticali riduce i problemi di ombreggiamento invernale ed è adatto per serre a campata multipla e con orientamento nord-sud in gallerie pedonali.
L'orientamento del tunnel pedonale ha una grande influenza sull'assorbimento dell'energia solare. L'orientamento est-ovest consente a molta più luce solare di entrare nella serra. In inverno, quando il sole è basso, i raggi del sole colpiscono con un angolo acuto la copertura di plastica del tunnel walk-in orientato nord-sud. Di conseguenza una parte del raggio viene riflessa. I raggi del sole che colpiscono l'orientamento est-ovest sono quasi ad angolo retto, il che si traduce in molta più luce che entra nel tunnel, portando a rendimenti più elevati.
Questa conoscenza ha dato il via allo sviluppo e alla costruzione della serra “Eden”. La serra “Eden” è orientata est - ovest ei tubi verticali si trovano sul lato nord. Formano un “muro d'acqua”. Questa posizione ha il vantaggio che non c'è ombreggiatura sul raccolto e non c'è disturbo fisico per i lavoratori. Una quantità relativamente grande di acqua può essere trattenuta nel tunnel walk-in (8 m3 di acqua in un tunnel walk-in lungo 30 m). Il “muro d'acqua” assorbe l'energia solare durante le giornate relativamente calde e rilascia il calore durante la notte, creando temperature ottimali per la produzione agricola.
Il motivo per utilizzare l'acqua nei tubi è l'elevato calore specifico dell'acqua rispetto ad altri materiali. L'acqua è disponibile e non contaminerà il suolo se i tubi sono danneggiati. Un'immagine termica scattata di notte mostra il calore immagazzinato nella parete d'acqua e l'influenza sulla temperatura dell'impianto. La resa del raccolto di basilico è stata in inverno significativamente più alta nelle gallerie walk-in dotate di un muro d'acqua.
In conclusione, abbiamo sviluppato un sistema semplice, sostenibile, non inquinante, senza emissioni per la coltivazione di colture estive in inverno aumentando la temperatura utilizzando solo energia solare. È possibile coltivare colture di basilico in inverno in Israele utilizzando: pacciamatura in PE, tubi dell'acqua, schermi termici e doppi strati di materiale di copertura in PE. I migliori risultati sono stati ottenuti utilizzando una parete di tubi dell'acqua in PE nero che si trova sul lato nord del tunnel orientato est-ovest.
L'orientamento del tunnel in direzione est-ovest ha un notevole vantaggio rispetto ai tunnel orientati nord-sud. Questo metodo ha permesso di coltivare il basilico privo di malattie invernali senza la necessità di irrorazione chimica di fungicidi. A seconda delle condizioni climatiche esiste la possibilità di utilizzare solo alcuni dei suddetti metodi per produrre rese elevate di ottima qualità.