Hệ thống thay thế để sưởi ấm nhà kính trồng rau và các loại thảo mộc tươi vào mùa đông.
Do giá nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng và hạn chế phát thải CO2 và các chất ô nhiễm khác, cần phải tìm ra các hệ thống thay thế để sưởi ấm nhà kính trồng rau và thảo mộc tươi vào mùa đông. Một thay thế có thể là sử dụng năng lượng mặt trời. Việc sưởi ấm nhà kính vào ban đêm bằng năng lượng mặt trời đòi hỏi sự kết hợp của một số thành phần dựa trên các nguyên tắc sau: 1. hấp thụ năng lượng từ mặt trời (vào ban ngày), 2. tích trữ năng lượng và tránh thất thoát năng lượng ra môi trường xung quanh và 3 . sử dụng năng lượng vào ban đêm.
Việc hấp thụ năng lượng mặt trời được tăng lên bằng cách phủ lên đất bằng một tấm nhựa trong suốt. Đất được làm ướt có khả năng tích trữ một lượng lớn nhiệt năng. Một phương pháp bổ sung để hấp thụ và lưu trữ năng lượng mặt trời là đặt các ống nước PE (polyethylen) trong suốt theo chiều ngang và dọc trong các đường hầm nhà kính (quả sung 3 và 4). Sử dụng PE đen để cấu tạo các ống nước cho phép hấp thụ nhiệt lớn hơn các loại ống trong suốt thường được sử dụng.
Sự định hướng của nhà kính cũng có thể làm tăng khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời. Một đường hầm đi bộ được định hướng theo hướng đông tây sẽ hấp thụ nhiều năng lượng hơn đáng kể so với cấu trúc tương tự được định hướng theo hướng bắc nam. Việc đặt các ống nước thẳng đứng tự hỗ trợ ở phía bắc như một “bức tường nước” làm tăng khả năng hấp thụ và tích trữ năng lượng, do đó làm tăng nhiệt độ ban đêm trong nhà kính lên đến 16 C0 ở Israel, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu và bức xạ địa phương.
Sự thất thoát năng lượng ra xung quanh được giảm thiểu bằng cách che phủ nhà kính bằng hai lớp tấm nhựa có ngăn chặn tia hồng ngoại, có khoảng cách không khí giữa các tấm hoặc bằng cách sử dụng các tấm chắn nhiệt hoặc chăn cách nhiệt. Từ lúc mặt trời lặn, khi không còn tích tụ nhiệt nữa, các ống nước và đất sẽ giải phóng năng lượng nhiệt đến thể tích của nhà kính.
Các ứng dụng thực tế tương tự của các nguyên tắc này được sử dụng ở những nơi khác trên thế giới. Ở các vùng của Trung Quốc, năng lượng mặt trời được lưu trữ trong một bức tường dày làm từ bùn hoặc gạch đất sét. Ở Israel, chúng tôi đã áp dụng những nguyên tắc này trong các đường hầm đi bộ để trồng húng quế. Sự kết hợp của các thành phần này đã cho phép chúng tôi trồng húng quế (một loại cây trồng mùa hè) vào mùa đông, vừa tăng sản lượng, ngăn ngừa bệnh hại cây trồng, nâng cao chất lượng vừa giảm chi phí và phát thải khí nhà kính.
Sử dụng ống nước nằm ngang không phải là một phương pháp mới vì nó đã được thử nghiệm cách đây nhiều năm. Mặc dù các ống nằm ngang có một phần đóng góp vào việc làm ấm nhà kính, nhưng chúng nằm ở nơi xấu nhất trong nhà kính, nơi lạnh nhất và có bóng râm nhất, và chúng dễ bị hư hại về mặt cơ học. Một giải pháp độc đáo là sắp xếp các ống nước theo chiều dọc là một giải pháp tốt và hiệu quả cho các vấn đề của các ống nước nằm ngang. Chúng đứng độc lập và không được hỗ trợ bởi cấu trúc nhà kính. Chúng có khung cứng được làm từ ống bọc kim loại hoặc được hỗ trợ bằng cách sử dụng ống bọc làm từ lưới thép kim loại.
Các ống thẳng đứng được phơi dưới ánh nắng mặt trời và chúng không cản trở công nhân làm việc trong nhà kính. Có thể lưu trữ một lượng nước lớn hơn nhiều trong nhà kính để có thể lưu trữ nhiều năng lượng nhiệt hơn. Định vị các ống thẳng đứng một cách chính xác giúp giảm các vấn đề về che nắng vào mùa đông và phù hợp với các nhà kính nhiều nhịp và hướng Bắc-Nam trong các đường hầm đi bộ.
Hướng của đường hầm đi bộ có ảnh hưởng lớn đến việc hấp thụ năng lượng mặt trời. Hướng đông - tây cho phép ánh sáng mặt trời chiếu vào nhà kính nhiều hơn. Vào mùa đông, khi mặt trời xuống thấp, các tia nắng chiếu vào lớp nhựa che phủ của đường hầm đi bộ định hướng Bắc Nam theo một góc nhọn. Kết quả là một phần của chùm tia bị phản xạ. Các tia sáng mặt trời chiếu theo hướng đông tây gần như ở góc vuông, dẫn đến ánh sáng chiếu vào đường hầm nhiều hơn, dẫn đến năng suất cao hơn.
Kiến thức này đã tạo tiền đề cho việc phát triển và xây dựng nhà kính "Eden". Nhà kính "Eden" được định hướng theo hướng đông - tây và các ống thẳng đứng nằm ở phía bắc. Chúng tạo thành một "bức tường nước". Vị trí này có một thuận lợi là không có bóng râm cho cây trồng và không có xáo trộn vật chất cho người lao động. Một lượng nước tương đối lớn có thể được giữ trong đường hầm đi bộ (8 m3 nước trong đường hầm đi bộ dài 30 m). “Bức tường nước” hấp thụ năng lượng mặt trời trong những ngày tương đối nóng và giải phóng nhiệt vào ban đêm, tạo ra nhiệt độ tối ưu cho sản xuất cây trồng.
Lý do sử dụng nước trong các ống là nhiệt dung riêng của nước cao so với các vật liệu khác. Nước có sẵn và sẽ không làm ô nhiễm đất nếu các ống bị hỏng. Một bức ảnh nhiệt được chụp vào ban đêm cho thấy nhiệt tích trữ trong thành nước và ảnh hưởng đến nhiệt độ của cây. Năng suất của cây húng quế vào mùa đông cao hơn đáng kể trong các đường hầm đi bộ được trang bị tường nước.
Kết luận, chúng tôi đã phát triển một hệ thống đơn giản, bền vững, không ô nhiễm, không khí thải để trồng cây mùa hè vào mùa đông bằng cách tăng nhiệt độ chỉ sử dụng năng lượng mặt trời. Có thể trồng húng quế vào mùa đông ở Israel bằng cách sử dụng: lớp phủ PE, ống dẫn nước, lưới chắn nhiệt và vật liệu bao phủ PE hai lớp. Kết quả tốt nhất đã đạt được bằng cách sử dụng một bức tường bằng ống nước PE màu đen đứng ở phía bắc của đường hầm theo hướng đông tây.
Định hướng hầm theo hướng đông tây có lợi thế hơn hẳn so với hầm định hướng bắc nam. Phương pháp này có thể trồng húng quế sạch bệnh trong mùa đông mà không cần phun hóa chất diệt nấm. Tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, có thể chỉ sử dụng một số phương pháp nói trên để tạo ra sản lượng cao với chất lượng tuyệt vời.