Солнечн.теплица. Руководство по строительству руководство по строительству

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «РАДИ ЗЕМЛИ»
НОРВЕЖСКОЕ ОБЩЕСТВО ОХРАНЫ ПРИРОДЫ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
РУКОВОДСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ
СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ
СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ
СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ
Душанбе, 2007

ВВЕДЕНИЕ
В ряде горных регионов Таджикистана и других стран на высоте от 2500 до 5000 метров над уровнем моря располагаются области холодных пустынь. Природные условия здесь чрезвычайно суровы: зимой температура часто опускается ниже 30°C, а количество осадков очень небольшое
(менее 300 мм в год). Тут расположены самые высокогорные поселения в мире. В таких регионах природные ресурсы весьма ограничены, а отсутствие деревьев и лесов приводит к тому, что плотность населения здесь крайне низка.
В течение короткого летнего периода местное население занимается заготовкой запасов на зиму.
Два месяца в году жители собирают коровий навоз на пастбищах, который они затем используют зимой для обогрева домов и приготовления пищи. Образ жизни населения и используемые ими методы сельскохозяйственного производства направлены на то, чтобы пережить длинную и суровую зиму. Натуральное сельскохозяйственное производство в большей части этой области ограничено одним урожаем в год. Ячмень и пшеница являются основными культурами. Кроме того, население выращивает горох, картофель и, иногда, овощи. Средний размер земельных участков невелик и составляет менее 1/2 гектара на домохозяйство. Население высокогорных плато полностью зависит от продукции животноводства. Отсутствие развитой транспортной инфраструктуры ограничивает возможности поставки свежих продуктов в эти районы. В зимнее время высокогорные перевалы становятся непроходимыми из-за снегопадов, дороги обычно закрываются и снабжение основных городов продуктами питания осуществляется дорогостоящим авиационным транспортом. В сельские же населенные пункты продукты извне не поступают.
С другой стороны, погода здесь весьма солнечная, особенно в зимний период. Солнечную радиацию можно использовать не только для обогрева жилых домов, школ, медицинских учреждений и ремесленных мастерских, но и для несезонной сельскохозяйственной деятельности, например для приготовления компоста, а также в теплицах, парниках, птицеводческих фермах и т.д.
Настоящее пособие было подготовлено общественной организацией GERES, а русскоязычная версия пособия (с некоторыми изменениями и дополнениями) подготовлена Экологической организацией «Ради Земли» при поддержке Норвежского общества охраны природы.
Фото 1 - Вид на кишлак Нисур, Бартангская долина, ГБАО

Страница
2
В этой брошюре рассказывается о методах проектирования и строительства солнечных теплиц
Климат внутри теплицы, нагреваемой солнечными лучами, пригоден для выращивания овощей круглый год, даже зимой. Такие конструкции будут особенно полезны в тех районах, где остро стоят проблемы ограниченности природных ресурсов, продовольственной безопасности и экономического развития. От их использования можно получить следующие выгоды:
• Возможность выращивания овощей в зимнее время;
• Обеспечение жителей удаленных районов основными продуктами питания;
• Создание новых источников получения доходов для жителей пригородных районов.
Модель, предлагаемая в данном руководстве, представляет собой эффективную теплицу, строящуюся из местных материалов (за исключением полиэтилена). Первоначально разработанная модель была усовершенствована индийскими фермерами и НПО в целях снижения ее стоимости, облегчения строительства и увеличения срока службы. Эти модели теплиц с успехом применялись в
Индии (Лахауи, Спити, Ладах), Китае (провинция Цинхай), Непале (Мустанг) и Афганистане. Эта конструкция также может использоваться и в других районах горных систем Гиндукуша, Гималаев и
Памира, имеющих аналогичные климатические и социально-экономические условия, например:
• В Индии - в высокогорных долинах штатов Сикким и Аруначал Прадеш.
• В Непале - в районах Хумла, Симикот, Долпо и Мустанг.
• На Тибетском плато и в Бутане.
• В Средней Азии - в Афганистане, Таджикистане и Кыргызстане.
• В Пакистане - в районах Читрал и Балтистан
Экологическая организация «Ради Земли» основываясь на опыте использования подобных теплиц в
Индии и Непале, осуществила ряд маломасштабных проектов, в рамках которых подобные солнечные теплицы были построены в ряде регионов Таджикистана.
Овощи можно выращивать в самый разгар зимы даже когда температура опускается ниже -15°C. В местах с очень холодным климатом, таким как в Лехе (Индия, 3500 м. над уровнем моря, зимняя температура -20°C) зимой можно выращивать листовые овощи (салат, шпинат) и некоторые корнеплоды (морковь), а также помидоры. Теплицы дают еще больший эффект при их использовании в районах с холодным климатом, таким как в Кабуле (Афганистан, высота 1800 м., средняя температура в январе -5°C), где плодовые овощи (например, помидоры) можно в них выращивать до января. Средняя эффективность выращивания овощей в условиях очень холодного климата составляет 0,8 кг/м
2
, а в условиях холодного климата этот показатель составляет 1,4 кг/м
2
Типичный уровень урожайности в теплице представлен в следующей таблице
Сезон/ период
Холодный климат
(-5°C зимой)
Очень холодный климат
(-15°C зимой)
Зима
Плодовые овощи, если их посадить осенью Корнеплоды
Корнеплоды, если их посадить осенью
Листовые овощи
Весна
Рассада Корнеплоды/ плодовые овощи
Рассада Корнеплоды/ плодовые овощи
Лето
Экзотические овощи
Экзотические овощи
Осень
Плодовые овощи
Плодовые овощи

Страница
3
Фото. 2 – Солнечная теплица, построенная в Лехе (Ладах, Индия)
Конструкция солнечной теплицы была адаптирована в соответствии с местными условиями:
• Материалы имеются на местах (глина, лесоматериалы, солома) за исключением прозрачной пленки для покрытия теплиц.
• Строительные работы производятся местными строителями.
• Невысокая стоимость теплицы окупается менее чем за 3 года при условии эффективного управления и реализации производимой продукции.
Солнечные теплицы представляют собой инструмент, способствующий человеческому развитию:
• посредством наделения женщин большими возможностями, поскольку они зачастую отвечают за производство и реализацию продукции.
• посредством снижения дефицита продуктов питания в результате диверсификации производства продуктов питания в течение года.
Хотя теплицы и являются перспективным инструментом развития, они работают эффективно только при условии их надлежащего использования. Опыт прошлых лет показал важность планирования метода распространения.
- выбор заинтересованных сторон
• неимущее население;
• динамичные фермеры, приемлющие инновационные методы.
- выбор места для строительства
• наличие воды (река, колодец, каналы, снег);
• обилие прямого солнечного света;
• необходимость корректировать размеры теплицы и выбор материалов для ее строительства в соответствии с местными условиями;
• сведение к минимуму нерационального использования земли.
- установка теплиц
• дополнительное обучение для строителей;
• обучение фермеров выращиванию культур в теплицах;
• развитие связей для получения семян, инструментов и полиэтилена, а также для реализации овощей.

Страница
4
Основное внимание в данном руководстве уделяется проектированию и строительству эффективно работающих теплиц. Вопросы, связанные с экономическим обоснованием, распространением методики и агротехническими приемами, будут освещаться в других брошюрах, которые также запланированы к публикации.
В первой части этого руководства представлены теоретические принципы, которые помогут лучше понять концепцию использования пассивных солнечных теплиц в холодных районах и выбрать подходящие варианты и места для их строительства.
Вторая часть руководства посвящена практическим аспектам строительства. Здесь подробно разъясняются все этапы, которые необходимо выполнить для строительства эффективно работающей солнечной теплицы.

Страница
5
ЧАСТЬ 1
Теоретические принципы строительства и использования солнечных теплиц

Страница
6
I) Концепция пассивного использования энергии солнца
А. Солнечное излучение в горных регионах
Количество солнечной энергии, используемой теплицей, зависит от положения солнца в небе.
Утром солнце всходит на востоке. Постепенно поднимаясь, солнце перемещается к югу. В полдень оно достигает наивысшей точки на юге. Затем солнце начинает опускаться до тех пор не зайдет на западе.
Летом солнце стоит выше, чем зимой. В летнее время, когда солнце стоит высоко, большая часть солнечных лучей попадает на крышу или другую горизонтальную поверхность.
В зимнее время, когда солнце стоит низко, большая часть солнечных лучей попадает на южную сторону: в утренние часы солнце нагревает восточную сторону, в середине дня прямые солнечные лучи падают на южную сторону, а вечером солнечную энергию получает западная сторона.
Северная стена всегда остается в тени.
(1) июнь
(2) сентябрь / март
(3) декабрь
Схема 1 - Сезонное изменение интенсивности солнечной радиации
Те стороны теплицы, на которые попадают солнечные лучи, нагреваются, тогда как стороны, находящиеся в тени, тепло отдают.
Б. Конфигурация и ориентация теплицы
В. Концепция пассивного использования энергии солнца
Пассивная солнечная теплица рассчитана на то, чтобы поглощать в зимнее время максимальное количество солнечного излучения для обогрева внутреннего пространства, чтобы выращивать растения в условиях соответствующих умеренному климату.
Схема 2 - Конфигурация и ориентация теплицы
Пассивная солнечная теплица проектируется по оси "восток-запад": длина южной стороны, таким образом, увеличивается, чтобы лучи солнца попадали на возможно большую поверхность. Стены, обращенные на восток и запад, уменьшаются, чтобы свести к минимуму потерю тепла и теневые участки внутри теплицы.

Страница
7
На первый взгляд может показаться, что аккумулируемого теплицей солнечного тепла достаточно для обогрева внутреннего пространства теплицы и днем и ночью. Однако, хотя поглощаемая теплицей солнечная энергия достаточна для обогрева внутреннего пространства в течение дня, как только поступление этой энергии прекращается ночью, теплица может остыть.
Для обеспечения эффективного использования энергии данным сооружением необходимо обеспечить взаимодействие четырех связанных между собой компонентов:
1.
Улавливание максимального количества солнечной энергии в течение дня.
2.
Сохранение тепла, полученного в результате улавливания солнечной энергии в течение дня.
3.
Высвобождение тепла во внутреннем пространстве теплицы в ночное время
4.
Теплоизоляция всей теплицы для сохранения в ней как можно большего количества тепла.
Схема 3 - Концепция пассивного использования энергии солнца в применении к теплице
Г. Теплофизические свойства материалов
Материалы, используемые при строительстве теплиц, имеют различные теплофизические свойства.
Материалы подбираются в соответствии с концепцией пассивного использования энергии солнца.
Светонепроницаемые материалы
Такие материалы не пропускают солнечные лучи, однако они обеспечивают передачу энергии посредством конвективного теплообмена. Эти материалы можно разбить на две группы.
Плотные материалы (кирпич, камень, цемент) могут проводить и удерживать тепло. Как правило (за исключением металлов), чем тяжелее материал, тем быстрее и больше солнечной энергии он может удержать. При строительстве теплиц такие плотные материалы используются в несущих конструкциях - в стенках для поддержания каркаса, обтянутого полиэтиленом, в крыше - для накопления тепловой энергии.
Легкие материалы, имеющие низкую плотность (например, солома, опилки, древесная стружка, сухие листья или трава...) не могут ни проводить, ни сохранять тепло. Выполняя функцию изолятора, они помогают сохранять тепло внутри теплицы. Такие материалы несущими не являются и используются для заполнения пространства между несущей стеной и стеной для аккумулирования тепловой энергии.
Прозрачные материалы
Такие материалы как стекло, и прозрачный полиэтилен пропускают солнечные лучи и передают солнечную энергию во внутреннее пространство теплицы. Коэффициент пропускания энергии высок, когда солнце находится перпендикулярно к освещаемой поверхности (или под углом до 30°), но сильно понижается, когда угол превышает 50°. Коэффициент пропускания у стекла выше, чем у полиэтилена (90% и 80% соответственно).
Важной характеристикой прозрачных материалов является парниковый эффект. Большая часть падающего солнечного излучения передается в помещение через оконное стекло. Это излучение

Страница
8
нагревает внутренние поверхности застекленной комнаты. Температура внутри помещения повышается ввиду того, что тепло, отдаваемое внутренними поверхностями в окружающую среду, вновь отражается внутрь теплицы от прозрачной оболочки.
Поэтому после того, как солнечная энергия проникла через покрытие теплицы внутрь, она не может выйти обратно через то же покрытие. Это происходит потому, что энергия, излучаемая внутренними поверхностями теплицы обратно, имеет другую длину волны, чем у солнечного излучения: прозрачное покрытие пропускает солнечное излучение, но задерживает инфракрасные лучи, излучаемые материалами внутри помещения.
Парниковый эффект возникает и при использовании полиэтилена, однако, в этом случае процесс аккумулирования тепла на 50% менее эффективен, чем при использовании стекла в качестве покрытия. Теплица, покрытая полиэтиленом, обходится гораздо дешевле, чем теплица, покрытая стеклом, но ночью температура в ней будет ниже, если не использовать дополнительный перемещаемый изоляционный материал.
Схема 4 - Парниковый эффект стекло полиэтилен достоинства
- более высокий коэффициент передачи тепловой энергии;
- меньше потери тепла.
- дешево;
- простота транспортировки;
- простота ремонта. недостатки
- дороговизна;
- если разобьется, необходима замена;
- сложно транспортировать.
- меньшая эффективность;
- маленький срок эксплуатации
(особенно в ветреных районах);
- не поддается микробиологическому разрушению.
Д. Цвет стен
Количество солнечной энергии, поглощаемой материалом, зависит от цвета этого материала.
Белый цвет отражает большую часть солнечных лучей, тогда как черный цвет поглощает большую их часть. Процент солнечного излучения, поглощаемый материалами определенного цвета, называется поглощающей способностью.
ЦВЕТ
ПОГЛОЩАЮЩАЯ
СПОСОБНОСТЬ
Белый от 0,25 до 0,4
От серого до темно-серого от 0,4 до 0,5
Зеленый, красный, коричневый от 0,5 до 0,7 от коричневого до темно-синего от 0,7 до 0,8 от темно-синего до черного от 0,8 до 0,9

Страница
9
Схема 5 - Поглощающая способность в зависимости от цвета материала

II) Что такое теплица?
А. Концепция теплицы:
Теплица проектируется таким образом, чтобы обеспечить климатические условия, необходимые для роста овощей. Рост овощей зависит от двух основных факторов:
> Солнечного излучения - овощам необходимы солнечные лучи для процесса фотосинтеза.
> Внутреннего климата - микроклимат внутри теплицы (температура и влажность) должен соответствовать потребностям овощей. Этот климат должен быть умеренным и днем и ночью. Когда температура снаружи очень низкая, тепло солнечной энергии сохраняется в течение дня в земле и стенах и высвобождается ночью, поддерживая температуру внутри теплицы и снижая, таким образом, риск замерзания овощей. Система охлаждения, действующая по принципу естественной вентиляции, помогает избежать перегрева в солнечные часы, способствует регулированию влажности и препятствует развитию болезней и вредителей. Чтобы сократить тепловой стресс для овощей, разница между дневной и ночной температурой должна быть минимальной.
Фото 3 и 4 - Внутреннее устройство теплицы в Спитаменском районе Согдийской области
Солнечная теплица проектируется и строится для достижения следующих целей:
• Улавливать солнечное излучение в объеме, достаточном для процесса фотосинтеза
• Привести микроклимат внутри теплицы в соответствие с условиями, необходимыми для круглогодичного выращивания овощей.
В течение года теплица используется следующим образом:
- В зимнее время теплица улавливает и сохраняет достаточное количество солнечной энергии в течение дня для того, чтобы высвобождать тепло холодными ночами.
- В солнечные дни теплица охлаждается в самые жаркие часы посредством естественной вентиляции через регулируемые вручную отверстия, вентиляционные отдушины.
Это означает, что пассивная солнечная теплица:
- улавливает солнечную энергию
- сохраняет эту энергию в виде тепла в стенах теплицы в течение дня
- отдает это тепло в ночное время для обогрева внутреннего пространства
- имеет изоляцию для удержания тепла
- может проветриваться во избежание перегрева

Страница
10
В холодных районах пассивные солнечные теплицы строятся из трех основных частей:
• Стены с восточной, западной и северной стороны;
• С южной стороны теплицу прикрывает деревянный каркас, обтянутый полиэтиленовой пленкой;
• Крыша, развернутая к северу.
Стены строятся с восточной, западной и северной стороны, где количество солнечной энергии ограничено. Эти стены либо заглубляются в склон, либо снабжаются теплоизоляцией для сокращения потерь тепла и увеличения потенциала сохранения тепловой энергии.
Полиэтилен используется с южной стороны, где имеется возможность улавливать наибольшее количество солнечной энергии в зимнее время. Полиэтилен пропускает внутрь теплицы большую часть попадающей на него солнечной энергии, которая нагревает внутреннее пространство и поглощается овощами, грунтом и стенами. Если в дневное время основное количество солнечной энергии получается теплицей через стену, закрытую полиэтиленом, то эта же стена и является основной причиной потери тепла ночью. Если тепло не накапливается в стенах в течение дня и если после заката не применяется подвижная изоляция, например занавеска, специальная ткань, и т.д., ночью теплица сильно остывает.
Крыша должна иметь северную экспозицию для снижения потерь тепла. Она имеет наклон для увеличения количества поглощаемой теплицей солнечной энергии и для сокращения внутреннего объема теплицы.
Фото 5, 6, 7 – конструкция солнечных теплиц
Б. Характеристики пассивной солнечной теплицы в холодных районах.
Далее разъясняются характеристики пассивной солнечной теплицы.
1) Улавливание солнечного излучения на южной стороне
Солнечные лучи улавливаются через прозрачную полиэтиленовую пленку, которая покрывает теплицу с южной стороны. Угол наклона панели, обтянутой полиэтиленом, рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить пропускание максимального количества солнечных лучей внутрь.
Угол полиэтилена в нижней части стены составляет минимум 50° (измеряется от горизонтальной плоскости) для пропускания солнечных лучей на выращиваемые культуры ранним утром и вечером.
Угол полиэтилена в верхней части стены составляет минимум 25° (измеряется от горизонтальной плоскости) для пропускания солнечных лучей на выращиваемые культуры в середине дня и для удаления снега.
После захода солнца полиэтилен закрывается подвижной изоляцией (занавеской или куском ткани) для сокращения потерь тепла и увеличения температуры грунта и внутреннего пространства на 5°С.
Эта подвижная изоляция снимается после восхода солнца.
На больших высотах использование двойного слоя полиэтилена помогает сократить потери тепла и увеличить температуру внутри теплицы ночью на 4°С.

Страница
11 2) Сохранение тепловой энергии и изоляция
Важную роль в этом процессе играет несколько факторов:
Двойная стенка
Стены состоят из трех слоев:
• Внутренний слой накапливает тепло в течение дня и отдает его ночью. Этот слой можно построить из сырцового кирпича, уплотненного связного грунта или камней.
• Изоляционный слой (солома, дикий кустарник, опилки...).
• Внешняя несущая стена, строящаяся из сырцового кирпича, уплотненного грунта или камней.
Цвет
Белый цвет отражает солнечные лучи, тогда как черный цвет их поглощает. Этот простой принцип и применяется непосредственно в конструкции теплицы.
• Внутренняя сторона западной стены покрывается побелкой, чтобы она отражала утренние солнечные лучи после холодной ночи.
• Внутренняя сторона восточной стены красится в черный цвет, чтобы она поглощала и удерживала солнечную энергию после полудня. Эта энергия будет высвобождаться ночью и обогревать внутреннее пространство теплицы.
• Нижняя часть внутренней стороны северной стены (примерно, до 60 см от пола) покрывается побелкой, а верхняя часть красится в черный цвет.
Крыша
Уклон крыши составляет 35°. Зимой, когда солнце стоит невысоко над горизонтом, такой угол обеспечивает оптимальное улавливание солнечной энергии. В летнее время, когда солнце поднимается высоко, крыша частично затеняет внутреннее пространство теплицы и, таким образом, предотвращает ее перегрев.
Изоляционный слой (солома, дикий кустарник и другие материалы) используется для изоляции крыши. Белый парашют или белая ткань может натягиваться под крышей для улучшения изоляции и для отражения солнечных лучей на овощи. Такая форма сокращает внутренний объем по сравнению с традиционными теплицами, в результате чего в теплице держится более высокая температура.
Почва
Пятнадцатисантиметровый слой почвы является достаточным для выращивания сельскохозяйственных культур. В высокогорных районах пятисантиметровый слой конского навоза, располагающийся на глубине в 10см. от рабочей поверхности обеспечивает теплоизоляцию почвы и увеличивает эффективность теплосбережения.
Дверь
Дверь располагается в стене с подветренной стороны, чтобы снизить проникновение внутрь холодного воздуха.

Страница
12
Фото 8 - Теплица в процессе строительства
(вид на двойные стены и конструкцию крыши)
3) Вентиляция
В солнечные дни температура воздуха внутри теплицы может быть довольно высокой (выше 40°C).
Такой перегрев вреден для овощей и способствует развитию болезней и вредителей. Отверстия, регулируемые вручную, предусмотрены в нижней части теплицы с двух сторон (дверное и стенное отверстие) и в крыше теплицы. Теплый воздух поднимается вверх, а более холодный наружный воздух проникает в теплицу через нижние отверстия, охлаждает теплицу, нагревается и затем, поднимаясь вверх, покидает теплицу через отверстие в крыше.
Вентиляционное отверстие в крыше и стене теплицы
Схема 6 - Циркуляция воздуха внутри теплицы

Страница
13
Фото 9 - Вентиляционное отверстие
III) Выбор места под теплицу

  1   2   3   4