Der definitive Leitfaden für das Design von Erdgewächshäusern: Eine globale Perspektive

In einer Zeit zunehmender Umweltprobleme und einer wachsenden Weltbevölkerung ist die Suche nach nachhaltigen und effizienten Methoden der Lebensmittelproduktion wichtiger denn je. Eine innovative Lösung, die weltweit an Bedeutung gewinnt, ist das unterirdische Gewächshaus, oft als Walipini bezeichnet. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über das Design, den Bau, die Vorteile und die globalen Anwendungen von Erdgewächshäusern und liefert wertvolle Einblicke für alle, die an nachhaltiger Landwirtschaft und Ernährungssicherheit interessiert sind.

Was ist ein Erdgewächshaus (Walipini)?

Ein unterirdisches Gewächshaus oder Walipini (Aymara für „warmer Ort“) ist eine Struktur, die teilweise oder vollständig unter der Erdoberfläche gebaut wird. Dieses Design nutzt die natürlichen Isoliereigenschaften der Erde, um das ganze Jahr über eine stabile Temperatur aufrechtzuerhalten, was es ideal für den Anbau von Pflanzen in Regionen mit extremen Klimabedingungen macht.

Die Schlüsselprinzipien hinter dem Betrieb eines Erdgewächshauses sind:

• Passive Solarheizung: Das Gewächshaus ist so ausgerichtet, dass die Sonneneinstrahlung maximiert wird, insbesondere in den Wintermonaten. Nach Süden ausgerichtete Konstruktionen (in der Nordhalbkugel) sind üblich.
• Geothermische Heizung: Die Temperatur der Erde bleibt einige Meter unter der Oberfläche relativ konstant. Diese geothermische Energie hilft, die Temperatur im Gewächshaus zu regulieren, indem sie im Winter Wärme und im Sommer Kühle spendet.
• Isolierung: Die umgebende Erde wirkt als natürlicher Isolator, der den Wärmeverlust im Winter und den Wärmegewinn im Sommer reduziert.

Vorteile von Erdgewächshäusern

Erdgewächshäuser bieten eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber traditionellen oberirdischen Gewächshäusern, insbesondere in anspruchsvollen Klimazonen.

1. Ganzjährige Lebensmittelproduktion

Die stabile Temperaturumgebung ermöglicht eine ganzjährige Pflanzenproduktion, selbst in Regionen mit harten Wintern oder sengenden Sommern. Dies kann die Ernährungssicherheit erheblich verbessern und die Abhängigkeit von importierten Produkten verringern.

Beispiel: In den hochgelegenen Regionen der Anden in Südamerika, wo das Walipini seinen Ursprung hat, sind die Vegetationsperioden typischerweise kurz und unvorhersehbar. Erdgewächshäuser haben es den Gemeinden ermöglicht, das ganze Jahr über frisches Gemüse und Obst anzubauen, was die Ernährung und die Lebensgrundlagen verbessert hat.

2. Reduzierte Energiekosten

Durch die Nutzung passiver Solar- und Geothermieenergie reduzieren Erdgewächshäuser den Bedarf an künstlicher Heizung und Kühlung erheblich. Dies führt zu niedrigeren Energierechnungen und einem kleineren CO2-Fußabdruck.

3. Schutz vor extremem Wetter

Das erdgeschützte Design bietet Schutz vor starken Winden, schwerem Schnee, Hagel und extremen Temperaturschwankungen und schützt die Ernte vor Schäden und Verlusten. Es ist auch widerstandsfähiger gegen extreme Wetterereignisse wie Hurrikane und Tornados.

Beispiel: In hurrikangefährdeten Gebieten, wie der Karibik, kann ein Erdgewächshaus eine sichere und geschützte Umgebung für den Anbau von Lebensmitteln bieten, selbst bei schweren Stürmen.

4. Wassereinsparung

Die geschlossene Umgebung hilft, den Wasserverlust durch Verdunstung zu reduzieren, was Erdgewächshäuser wassereffizienter macht als traditionelle Gärten oder Gewächshäuser. Kondenswasser kann ebenfalls gesammelt und wiederverwendet werden.

5. Schädlings- und Krankheitskontrolle

Die kontrollierte Umgebung eines Erdgewächshauses kann dazu beitragen, Schädlings- und Krankheitsprobleme zu minimieren und den Bedarf an chemischen Pestiziden und Herbiziden zu reduzieren.

6. Verlängerte Vegetationsperiode

Das stabile Klima verlängert die Vegetationsperiode und ermöglicht den Anbau von Pflanzen, die im lokalen Klima sonst nicht möglich wären. Sie können auch Setzlinge früher für das Umpflanzen in Außengärten anziehen.

7. Verbesserte Erntequalität

Die kontrollierte Umgebung kann zu einer verbesserten Erntequalität mit besseren Erträgen, Geschmack und Nährwert führen.

Wichtige Designüberlegungen für Erdgewächshäuser

Die Gestaltung eines effektiven Erdgewächshauses erfordert die sorgfältige Berücksichtigung mehrerer Faktoren.

1. Standortwahl

Die Wahl des richtigen Standorts ist entscheidend, um die Vorteile eines Erdgewächshauses zu maximieren.

• Sonneneinstrahlung: Der Standort sollte reichlich Sonnenlicht erhalten, besonders in den Wintermonaten. Ein nach Süden ausgerichteter Hang (in der Nordhalbkugel) ist ideal.
• Bodenart: Gut drainierender Boden ist unerlässlich, um Staunässe zu vermeiden. Führen Sie eine Bodenanalyse durch, um die Bodenzusammensetzung und die Drainageeigenschaften zu bestimmen.
• Wasserverfügbarkeit: Der Zugang zu einer zuverlässigen Wasserquelle ist für die Bewässerung notwendig. Ziehen Sie die Regenwassernutzung als nachhaltige Option in Betracht.
• Zugänglichkeit: Der Standort sollte für den Bau und die Wartung leicht zugänglich sein.
• Lokale Vorschriften: Prüfen Sie die örtlichen Bauvorschriften und Bestimmungen, bevor Sie mit dem Bau beginnen.

2. Abmessungen und Form des Gewächshauses

Die Abmessungen und die Form des Gewächshauses hängen vom verfügbaren Platz, dem Budget und dem beabsichtigten Verwendungszweck ab. Eine rechteckige Form ist im Allgemeinen am effizientesten, um Platz und Sonneneinstrahlung zu maximieren.

Die Tiefe des Gewächshauses ist ebenfalls eine wichtige Überlegung. Eine Tiefe von 6-8 Fuß (1,8-2,4 Meter) wird typischerweise empfohlen, um die Isoliereigenschaften der Erde zu nutzen.

3. Verglasungsmaterialien

Die Wahl des Verglasungsmaterials beeinflusst die Menge des Lichts, das in das Gewächshaus eindringt, und die Menge der Wärme, die zurückgehalten wird. Gängige Verglasungsmaterialien sind:

• Polycarbonat: Langlebig, leicht und bietet eine gute Isolierung.
• Glas: Bietet eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit und Langlebigkeit, ist aber teurer und schwerer als Polycarbonat.
• Polyethylenfolie: Eine kostengünstige Option, aber weniger langlebig und bietet weniger Isolierung als Polycarbonat oder Glas.

4. Belüftung

Eine ordnungsgemäße Belüftung ist unerlässlich, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Luftqualität aufrechtzuerhalten. Belüftungssysteme können passiv oder aktiv sein.

• Passive Belüftung: Basiert auf natürlichem Luftstrom durch Lüftungsöffnungen und Türen. Lüftungsöffnungen sollten sowohl oben als auch unten am Gewächshaus angebracht sein, um die Luftzirkulation zu fördern.
• Aktive Belüftung: Verwendet Ventilatoren zur Luftzirkulation. Dies ist besonders in wärmeren Klimazonen wichtig.

5. Isolierung

Zusätzliche Isolierung kann an den Wänden und am Dach des Gewächshauses angebracht werden, um den Wärmeverlust weiter zu reduzieren. Gängige Isoliermaterialien sind:

• Hartschaumplatten: Bieten eine hervorragende Isolierung und sind relativ einfach zu installieren.
• Erdanhäufung (Berming): Das Anhäufen von Erde an den Außenwänden des Gewächshauses bietet zusätzliche Isolierung.
• Strohballen: Eine natürliche und nachhaltige Isolationsmöglichkeit.

6. Drainage

Eine ordnungsgemäße Drainage ist unerlässlich, um Staunässe zu vermeiden. Installieren Sie Drainagesysteme um den Umfang des Gewächshauses, um Wasser von der Struktur wegzuleiten.

7. Beleuchtung

In Regionen mit begrenzter Sonneneinstrahlung kann eine zusätzliche Beleuchtung erforderlich sein, um ein optimales Pflanzenwachstum zu gewährleisten. LED-Pflanzenlampen sind eine energieeffiziente Option.

8. Heiz- und Kühlsysteme

Obwohl Erdgewächshäuser so konzipiert sind, dass der Bedarf an künstlicher Heizung und Kühlung minimiert wird, können in extremen Klimazonen zusätzliche Systeme erforderlich sein. Optionen umfassen:

• Geothermische Heizung/Kühlung: Nutzt die konstante Temperatur der Erde zum Heizen oder Kühlen des Gewächshauses.
• Solare Wassererhitzer: Nutzen Sonnenenergie, um Wasser zu erhitzen, das dann durch das Gewächshaus zirkuliert werden kann.
• Holzöfen: Eine kostengünstige Heizoption, erfordert aber eine zuverlässige Brennstoffquelle.
• Verdunstungskühler: Nutzen Verdunstung, um die Luft zu kühlen. Wirksam in trockenen Klimazonen.

Bauprozess

The construction of an underground greenhouse can be a significant undertaking, but it is a rewarding project for those seeking a sustainable food production solution. Here’s a general overview of the construction process:

1. Planung und Design: Entwickeln Sie einen detaillierten Plan, der die Abmessungen, die Ausrichtung und die Materialien des Gewächshauses enthält. Konsultieren Sie bei Bedarf Fachleute.
2. Aushub: Heben Sie den Standort auf die gewünschte Tiefe aus. Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Neigung für die Drainage.
3. Fundament: Errichten Sie ein solides Fundament aus Beton oder anderen langlebigen Materialien.
4. Wände: Bauen Sie die Wände aus Betonblöcken, Holz oder anderen geeigneten Materialien.
5. Dachkonstruktion: Errichten Sie die Dachkonstruktion, um das Verglasungsmaterial zu tragen.
6. Verglasung: Installieren Sie das Verglasungsmaterial und sorgen Sie für eine dichte Abdichtung, um Wärmeverlust zu vermeiden.
7. Belüftung: Installieren Sie Belüftungssysteme.
8. Isolierung: Fügen Sie Isolierung an den Wänden und am Dach hinzu.
9. Drainage: Installieren Sie Drainagesysteme.
10. Innenausbau: Fügen Sie Pflanzbeete, Wege und andere Inneneinrichtungen hinzu.
11. Versorgungsleitungen: Schließen Sie Wasser und Strom an (falls erforderlich).

Globale Beispiele und Fallstudien

Erdgewächshäuser werden in verschiedenen Regionen der Welt eingesetzt, um Herausforderungen der Ernährungssicherheit zu bewältigen und eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern.

1. Anden, Südamerika

Das Walipini hat seinen Ursprung in den hochgelegenen Regionen der Anden in Südamerika. Indigene Gemeinschaften nutzen diese Strukturen seit Jahrhunderten, um in dem rauen Klima Pflanzen anzubauen. Sie bieten eine entscheidende Quelle für frische Produkte während der langen Wintermonate.

2. Kalte Klimazonen: Nordamerika und Europa

In Nordamerika und Europa gewinnen Erdgewächshäuser in Regionen mit kalten Wintern an Popularität. Sie ermöglichen es Gärtnern und Landwirten, die Vegetationsperiode zu verlängern und das ganze Jahr über Lebensmittel zu produzieren, was die Abhängigkeit von importierten Produkten verringert und lokale Lebensmittelsysteme fördert.

Beispiel: In Kanada und Skandinavien, wo die Wintertemperaturen extrem niedrig sein können, ermöglichen Erdgewächshäuser den Anbau von Gemüse und Kräutern, der sonst unmöglich wäre.

3. Aride Regionen: Naher Osten und Afrika

In ariden Regionen des Nahen Ostens und Afrikas können Erdgewächshäuser helfen, Wasser zu sparen und eine stabilere Anbauumgebung zu schaffen. Die geschlossene Umgebung reduziert den Wasserverlust durch Verdunstung, was sie ideal für wasserarme Gebiete macht.

Beispiel: In einigen Teilen des Nahen Ostens laufen Projekte, um Erdgewächshäuser in Verbindung mit Entsalzungsanlagen zu nutzen, um nachhaltige Lebensmittelproduktionssysteme zu schaffen.

4. Inselstaaten

Inselstaaten, die oft anfällig für extreme Wetterereignisse sind und nur über begrenztes Ackerland verfügen, können stark von Erdgewächshäusern profitieren. Sie bieten eine geschützte Umgebung für den Anbau von Lebensmitteln, selbst bei Stürmen, und können helfen, die Ernährungssicherheit zu verbessern.

Beispiel: Mehrere karibische Inseln prüfen den Einsatz von Erdgewächshäusern, um die lokale Lebensmittelproduktion zu steigern und die Abhängigkeit von importierten Lebensmitteln zu verringern, die oft teuer und anfällig für Störungen sind.

Herausforderungen und Überlegungen

Obwohl Erdgewächshäuser zahlreiche Vorteile bieten, gibt es auch einige Herausforderungen und Überlegungen, die man beachten sollte.

• Baukosten: Der Bau eines Erdgewächshauses kann teurer sein als der eines traditionellen oberirdischen Gewächshauses, aufgrund der erforderlichen Aushub- und Bauarbeiten.
• Feuchtigkeitskontrolle: Die Regulierung der Luftfeuchtigkeit kann in Erdgewächshäusern eine Herausforderung sein. Geeignete Belüftungs- und Entfeuchtungssysteme können erforderlich sein.
• Zugänglichkeit: Der Zugang zum Gewächshaus kann schwieriger sein, insbesondere für Menschen mit Mobilitätsproblemen.
• Staunässe: Schlechte Drainage kann zu Staunässe führen, die Pflanzen schädigen und eine ungesunde Umgebung schaffen kann.
• Radon: In einigen Gebieten kann Radongas in unterirdischen Strukturen ein Problem darstellen. Radontests und Minderungsmaßnahmen können erforderlich sein.
• Genehmigungen: Je nach Standort können für Erdgewächshäuser Baugenehmigungen erforderlich sein.

Wartung und Betrieb

Eine ordnungsgemäße Wartung und ein korrekter Betrieb sind unerlässlich, um den langfristigen Erfolg eines Erdgewächshauses zu gewährleisten.

• Regelmäßige Inspektionen: Überprüfen Sie das Gewächshaus regelmäßig auf Anzeichen von Schäden oder Verschleiß.
• Belüftungsmanagement: Passen Sie die Belüftungssysteme bei Bedarf an, um optimale Temperatur- und Feuchtigkeitsniveaus aufrechtzuerhalten.
• Bewässerung: Gießen Sie die Pflanzen regelmäßig, aber vermeiden Sie Überwässerung.
• Schädlings- und Krankheitskontrolle: Überwachen Sie die Pflanzen auf Schädlinge und Krankheiten und ergreifen Sie geeignete Maßnahmen.
• Bodenmanagement: Verbessern Sie den Boden regelmäßig mit Kompost oder anderen organischen Stoffen, um die Fruchtbarkeit zu erhalten.
• Reinigung: Halten Sie das Gewächshaus sauber und frei von Schmutz.

Fazit

Erdgewächshäuser bieten eine nachhaltige und widerstandsfähige Lösung für die Lebensmittelproduktion in einer Vielzahl von Klimazonen. Indem sie die natürlichen Ressourcen der Erde nutzen, können diese Strukturen ganzjährigen Zugang zu frischen Produkten ermöglichen, Energiekosten senken und die Ernährungssicherheit verbessern. Obwohl es Herausforderungen zu berücksichtigen gibt, machen die Vorteile von Erdgewächshäusern sie zu einem wertvollen Werkzeug, um ein nachhaltigeres und gerechteres Lebensmittelsystem weltweit zu schaffen. Da der Klimawandel unseren Planeten weiterhin beeinflusst, wird die Nutzung innovativer Technologien wie des Erdgewächshauses entscheidend sein, um die Ernährungssicherheit zu gewährleisten und eine widerstandsfähigere Zukunft aufzubauen. Mit sorgfältiger Planung, Gestaltung und Konstruktion kann jeder ein Erdgewächshaus bauen und betreiben, um seine eigenen Lebensmittel anzubauen, seine Gemeinschaft zu unterstützen und zu einer nachhaltigeren Welt beizutragen. Dieser Ansatz steht im Einklang mit den globalen Nachhaltigkeitszielen und fördert klimaschonende landwirtschaftliche Praktiken.

Ressourcen

• Bücher:
  • "The Earth Sheltered Solar Greenhouse Book" von Mike Oehler
  • "The Winter Harvest Handbook: Year Round Vegetable Production Using Deep Organic Techniques and Unheated Greenhouses" von Eliot Coleman
• Websites:
  • ATTRA (National Sustainable Agriculture Information Service): https://attra.ncat.org/
  • Lokale landwirtschaftliche Beratungsdienste