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Reinventando a Estufa

Reinventando a Estufa


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Por Kris De Decker

Ao contrário das estufas totalmente envidraçadas, uma estufa solar passiva é projetada para reter o máximo de calor possível. A pesquisa mostrou que é possível cultivar safras de clima quente o ano todo usando apenas a energia do sol, mesmo se as temperaturas fora da estufa forem muito baixas. A estufa solar é especialmente bem-sucedida na China, onde milhares dessas estruturas foram construídas nas últimas décadas.

A produção de safras originárias de climas quentes em regiões temperadas não envolve, inicialmente, o uso de vidro. No noroeste da Europa, as safras mediterrâneas foram plantadas perto de construções especiais, chamadas “paredes de frutas”, que, com uma alta massa térmica, criam um microclima que pode variar de 8 a 12 ° C (14 a 22 ° F) mais quente do que o tempo sem perturbações.

Mais tarde, as estufas construídas a partir dessas paredes de frutas melhoraram ainda mais o desempenho da energia solar. Foi apenas no final do século 19 que a estufa se tornou uma construção totalmente envidraçada e aquecida artificialmente, onde o calor é perdido quase instantaneamente - o oposto completo da tecnologia primitiva da qual essas estufas modernas evoluíram.

Durante os choques do petróleo da década de 1970, houve um interesse renovado em estufas solares passivas. [7] No entanto, os holofotes desapareceram rapidamente conforme os preços da energia caíram, e a estufa de vidro continuou sendo o carro-chefe do noroeste do mundo. Os chineses, por sua vez, construíram 800.000 hectares de estufas solares passivas durante as últimas três décadas, o que constitui 80 vezes a área da Holanda, que é o país com a maior indústria de estufas do mundo.

The Chinese Greenhouse

A estufa solar passiva chinesa tem três paredes de tijolos ou barro. Apenas o lado sul da estrutura é feito de material transparente (geralmente uma folha de plástico) através do qual o sol pode brilhar. Durante o dia, a estufa capta o calor do sol na massa térmica das paredes, que é liberado à noite.

Quando o sol se põe, uma folha isolante - feita de palha, grama prensada ou lona - é espalhada sobre o plástico, aumentando a capacidade de isolamento da estrutura. As paredes também bloqueiam os ventos frios do norte, que, se não forem bloqueados, acelerariam a perda de calor da estufa.

Sendo o oposto da estufa de vidro que consome muita energia, a estufa solar passiva chinesa é aquecida durante todo o ano apenas por energia solar, mesmo quando a temperatura externa cai abaixo de zero. A temperatura interna da estrutura pode ser até 25 ° C (45 ° F) mais alta que a temperatura externa.

A política de incentivos do governo chinês fez da estufa solar a pedra angular da produção de alimentos no centro e norte da China. Um quinto da área total de estufas na China agora é composta por estufas solares. Em 2020, eles devem ocupar pelo menos 1,5 milhão de hectares. [1]


A melhoria da estufa chinesa

A primeira estufa no estilo chinês foi construída em 1978. No entanto, a tecnologia só disparou na década de 1980, com o advento das folhas de plástico transparentes. Além de serem mais baratas que as de vidro, essas placas são mais leves e não exigem grande capacidade de carga, o que torna a construção da estrutura muito mais barata. Desde então, o design tem melhorado continuamente.

A estrutura foi aprofundada e elevada, permitindo uma melhor distribuição da luz solar e garantindo uma diminuição das oscilações de temperatura.


R: O design original da década de 1980 com uma tampa de vidro. B: Um design aprimorado de cerca de 1985, com uma folha de plástico, uma cortina noturna e paredes com melhor isolamento. Este projeto é o mais comum C: Um projeto aprimorado de 1995. As paredes são mais finas porque são isoladas com materiais modernos. A cortina noturna funciona automaticamente. D: O projeto mais recente, de 2007, com um flysheet que oferece mais espaço para isolamento extra.

Além disso, os agricultores estão cada vez mais recorrendo a materiais de isolamento modernos sobre taipa ou cavidades de ar nas paredes, que economizam espaço e / ou melhoram as características de absorção de calor da estrutura. Também são amplamente utilizadas mantas de isolamento sintético, mais adequadas para lidar com a umidade do que as antiquadas esteiras de palha, que se tornam mais pesadas e menos isoladas quando molhadas.

Em algumas das estufas mais recentes, as mantas de isolamento são enroladas para cima e para baixo automaticamente e sistemas de ventilação mais sofisticados são usados. Algumas estufas possuem telhado duplo ou isolamento reflexivo instalado. Além disso, busca-se a melhoria contínua da folha de plástico utilizada nas estufas - que obviamente é o componente menos sustentável do sistema - resultando em uma vida útil mais longa.

Desempenho de estufa chinesa

O desempenho da estufa chinesa depende de seu projeto, latitude e clima local. Um estudo recente analisou três tipos de estufas em Shenyang, capital da província de Liaoning. A cidade está localizada a 41,8 ° N e é uma das áreas mais setentrionais onde este tipo de estufa é construída (entre as latitudes 32 ° N e 43 ° N).

A pesquisa foi realizada do início de novembro ao final de março, período em que a temperatura externa cai abaixo de zero. A temperatura média no mês mais frio está entre -15 ° C e -18 ° C (5 a -0,4 ° F). [1]

As três estufas estudadas têm a mesma forma e dimensões em comum (60 x 12,6 x 5,5 m), mas diferem nas paredes, na folha de plástico e na camada transparente. A construção mais simples possui paredes de taipa e uma camada interna de tijolo para aumentar a estabilidade da estrutura. A capa é um filme plástico fino que é coberto à noite com uma manta de palha.

As outras duas estufas têm a parede voltada para o norte feita de tijolos com extrudado de isopor que atua como um material isolante, de modo que a largura da parede pode ser cortada pela metade. Eles também são cobertos por uma espessa folha de plástico de PVC. A melhor estufa adiciona a isso um revestimento reflexivo sobre a manta de isolamento, reduzindo ainda mais a perda de calor à noite.

Nas estufas mais simples, as temperaturas caem abaixo de zero desde o início de dezembro até meados de janeiro. Sem aquecimento adicional, esta estufa não pode produzir nenhuma safra nesta latitude. Somente nas estufas mais sofisticadas - com sua camada de isolamento refletivo - é possível manter a temperatura interna acima de zero em todos os momentos, utilizando apenas a energia solar.

Além disso, a temperatura foi mantida acima de 10 ° C na maior parte do tempo, que é a temperatura mínima para o cultivo de plantas da estação quente, como tomate e pepino. É claro que as estufas solares passivas localizadas ao sul, em locais mais ao sul, requerem técnicas de isolamento menos sofisticadas.

Estufas solares em climas do norte


Se formos mais ao norte, estufas solares passivas semelhantes exigiriam aquecimento adicional durante os meses mais frios do ano, não importa quão bem isoladas sejam. Quanto mais ao norte estiver a estufa, mais íngreme será a inclinação. O telhado é inclinado para ser perpendicular aos raios do sol quando o sol está em sua posição mais baixa no horizonte.

Em 2005, uma estufa de estilo chinês foi testada em Manitoba, Canadá, a uma latitude de 50º N. Esta estufa, 30 x 7 metros com uma parede virada a norte bem isolada (3,6 RSI fibra de vidro) e um isolamento de manta (1,2 RSI algodão) , foi observada de janeiro a abril.

Durante o mês mais frio (fevereiro), a temperatura externa variou entre + 4,5 ° C e -29 ° C (40 a 20 ° F), enquanto a temperatura interna foi em média 18 ° C (32,4 ° F) mais alta do que a externa, o que o tornou impossível cultivar plantas sem aquecimento adicional no inverno. [2]

No entanto, a economia de energia pode ser enorme em comparação com uma estufa de vidro. Para manter a temperatura acima de dez graus o tempo todo, o sistema de aquecimento da estrutura canadense deve fornecer no máximo 17 W / m2, ou 3,6 kW para todo o edifício. [2] Em comparação, uma estufa de vidro de proporções iguais e nas mesmas temperaturas internas e externas exigiria uma capacidade máxima de 125 a 155 kW.

Esses resultados não podem ser aplicados a todos os lugares a 50 ° N. Pesquisas canadenses mostram que a radiação solar tem um impacto maior na temperatura interna da estrutura do que a temperatura externa. A correlação entre a temperatura interna e a luz do sol é quase quatro vezes maior do que a correlação entre a temperatura interna e a temperatura externa. [2] Por exemplo, enquanto Bruxelas está na mesma latitude que Manitoba, esta última tem uma média de 1,5 vezes mais sol.

A capacidade térmica pode ser melhorada colocando tanques pintados de preto cheios de água dentro da estrutura, contra a parede voltada para o norte. Esses tanques captam energia solar adicional durante o dia e a liberam à noite. Um método diferente de melhorar a retenção de calor em uma estufa é colocar bermas ou terraços de terra nas paredes voltadas para o norte, leste e oeste. Outra solução para melhorar o isolamento é o subterrâneo ou "estufa em poços". [8] No entanto, esta estufa recebe menos luz solar e está sujeita a inundações.

Problemas de espaço

A estufa solar passiva poderia economizar muita energia, mas há um preço a pagar: os benefícios gerados pela estufa chinesa são duas a três vezes menores por metro quadrado do que sua contraparte totalmente envidraçada. Nas estufas chinesas mais eficientes, uma média de 30 kg de tomates e 30 kg de pepinos podem ser cultivados por metro quadrado (dados de 2005), enquanto a produção média em estufas de vidro é de cerca de 60 kg de tomates e 100 pepinos kg (Dados a partir do ano de 2003). [3. 4].

Portanto, uma área de estufa passiva ocuparia de duas a três vezes mais espaço para produzir a mesma quantidade de alimentos. Isso pode ser visto como um problema, mas é claro que o que realmente usa o espaço com mais intensidade na agricultura é a produção de carne. Um suprimento mais diversificado e atraente de frutas e vegetais pode ser uma alternativa mais viável para reduzir o consumo de carne, de forma que o uso da terra não seja um problema.

Estufas aquecidas com composto


Outro problema com as estufas solares é a falta de uma fonte de CO2. Nas estufas modernas, a meta é ter um nível de CO2 pelo menos três vezes maior que o nível ao ar livre, para aumentar a produtividade da cultura. Este CO2 é produzido como um subproduto de sistemas de aquecimento baseados em combustíveis fósseis dentro de estufas.

No entanto, quando os combustíveis fósseis não são usados, outra fonte de CO2 deve ser encontrada. Este não é apenas um problema para as estufas solares, mas também uma das principais razões pelas quais a energia geotérmica e as bombas de calor elétricas não estão fazendo um avanço na indústria moderna de estufas.

Na estufa solar chinesa, esse problema às vezes é resolvido combinando o cultivo com a pecuária. Porcos, galinhas e peixes produzem CO2 que pode ser absorvido pelas plantas, enquanto as plantas produzem oxigênio (e resíduos verdes) para os animais.

Os animais e seu esterco também contribuem para o aquecimento da estrutura. Pesquisas sobre esses tipos de estufas com sistemas integrados mostraram que a produção combinada de vegetais, carne, leite e ovos aumenta substancialmente os rendimentos. [5]

Justin Walker, americano atualmente na Sibéria, participa da construção de um sistema integrado com cavalos, cabras e ovelhas em um mosteiro na Sibéria. Levando em consideração o clima severo, a estrutura é parcialmente construída no subsolo, enquanto suas partes salientes são bermas de terra.

Acima da área do celeiro há um palheiro que fornece isolamento adicional no inverno, bem como ventilação durante o verão, quando está vazio. Seu sistema de recuperação de calor produz água quente que é canalizada pelo piso, aquecendo o piso da estufa. O CO2 é fornecido por animais. [6]

O aquecimento e a produção de CO2 também podem ser feitos sem manter os animais na estufa. Usar seu estrume é o suficiente. Como vimos no artigo anterior, o uso de esterco de cavalo para aquecer estufas de pequena escala remonta a vários séculos na Europa e é praticado na China há 2.000 anos. Desde a década de 1980, várias estufas aquecidas com composto foram construídas nos Estados Unidos.

Eles mostraram que uma estufa pode ser completamente aquecida por composto se bem isolada, e que o método enriquece dramaticamente os níveis de CO2 no solo e no ar da estufa. Junto com tudo isso, o composto também serve para aumentar a fertilidade do solo. [6]

Fontes:
[1] Otimização do desempenho energético de estufas solares chinesas típicas por meio de simulação dinâmica (PDF), Alessandro Deiana et al., Conferência Internacional de Engenharia Agrícola, 2014, Zurique.
[2] Desempenho de inverno de uma estufa de energia solar no sul de Manitoba (PDF), Canadian Biosystems Engineering. 2006.
[3] A estufa solar: estado da arte em economia de energia e fornecimento de energia sustentável. G. Bot et al., 2005
[4] Estrutura, função, aplicação e benefício ecológico de uma estufa solar de inclinação única com eficiência energética na China. HortTechnology, junho de 2010
[5] Ecossistema integrado de energia animal e vegetal complementar de autoatendimento na China, em "Sistemas de energia integrados na China - a experiência da região fria do noroeste", FAO, 1994
[6] O aquecedor de água movido a composto: Como aquecer sua estufa, piscina ou edifícios apenas com composto, Gaelan Brown, 2014
[7] Por exemplo, "The Solar Greenhouse Book" (PDF), publicado pela Rodale Press em 1978
[8] The Earth Sheltered Solar Greenhouse Book, Mike Oehler, 2007

Ecoportal.net
Revista Low Tech
http://www.es.lowtechmagazine.com/


Vídeo: REINVENTAR o BOLO REI (Pode 2022).