Полное руководство по проектированию подземных теплиц: Глобальная перспектива

В эпоху растущей озабоченности состоянием окружающей среды и увеличения мирового населения, поиск устойчивых и эффективных методов производства продуктов питания становится как никогда актуальным. Одним из инновационных решений, набирающих популярность во всем мире, является подземная теплица, часто называемая Валипини. Это руководство представляет собой всеобъемлющий обзор проектирования, строительства, преимуществ и глобального применения подземных теплиц, предлагая ценные сведения для всех, кто интересуется устойчивым сельским хозяйством и продовольственной безопасностью.

Что такое подземная теплица (Валипини)?

Подземная теплица, или Валипини (на языке аймара «теплое место»), представляет собой сооружение, построенное частично или полностью ниже уровня земли. Такая конструкция использует естественные изоляционные свойства земли для поддержания стабильной температуры круглый год, что делает её идеальной для выращивания сельскохозяйственных культур в регионах с экстремальным климатом.

Ключевые принципы работы подземной теплицы:

• Пассивный солнечный обогрев: Теплица ориентирована так, чтобы максимально использовать солнечный свет, особенно в зимние месяцы. Распространены конструкции, обращенные на юг (в Северном полушарии).
• Геотермальный обогрев: Температура земли на глубине нескольких метров остается относительно постоянной. Эта геотермальная энергия помогает регулировать температуру в теплице, обеспечивая тепло зимой и прохладу летом.
• Изоляция: Окружающая земля действует как естественный изолятор, уменьшая потери тепла зимой и приток тепла летом.

Преимущества подземных теплиц

Подземные теплицы предлагают множество преимуществ по сравнению с традиционными надземными теплицами, особенно в сложных климатических условиях.

1. Круглогодичное производство продуктов питания

Стабильная температура позволяет выращивать урожай круглый год, даже в регионах с суровыми зимами или палящим летом. Это может значительно повысить продовольственную безопасность и снизить зависимость от импортных продуктов.

Пример: В высокогорных районах Анд в Южной Америке, где и возникли Валипини, вегетационные периоды обычно короткие и непредсказуемые. Подземные теплицы позволили общинам выращивать свежие овощи и фрукты в течение всего года, улучшая питание и уровень жизни.

2. Снижение затрат на энергию

Используя пассивную солнечную и геотермальную энергию, подземные теплицы значительно сокращают потребность в искусственном отоплении и охлаждении. Это приводит к снижению счетов за электроэнергию и уменьшению углеродного следа.

3. Защита от экстремальных погодных условий

Заглубленная в землю конструкция обеспечивает защиту от сильных ветров, обильного снега, града и резких перепадов температур, оберегая урожай от повреждений и потерь. Она также более устойчива к экстремальным погодным явлениям, таким как ураганы и торнадо.

Пример: В районах, подверженных ураганам, таких как Карибский бассейн, подземная теплица может обеспечить безопасную и защищенную среду для выращивания продуктов питания даже во время сильных штормов.

4. Экономия воды

Замкнутая среда помогает уменьшить потери воды за счет испарения, что делает подземные теплицы более водоэффективными по сравнению с традиционными садами или теплицами. Конденсат также можно собирать и повторно использовать.

5. Борьба с вредителями и болезнями

Контролируемая среда подземной теплицы может помочь свести к минимуму проблемы с вредителями и болезнями, уменьшая потребность в химических пестицидах и гербицидах.

6. Увеличение вегетационного периода

Стабильный климат продлевает вегетационный период, позволяя выращивать культуры, которые иначе были бы невозможны в местном климате. Вы также можете раньше начинать выращивать рассаду для пересадки в открытый грунт.

7. Улучшение качества урожая

Контролируемая среда может привести к улучшению качества урожая, с лучшей урожайностью, вкусом и питательной ценностью.

Ключевые аспекты проектирования подземных теплиц

Проектирование эффективной подземной теплицы требует тщательного учета нескольких факторов.

1. Выбор места

Выбор правильного места имеет решающее значение для максимального использования преимуществ подземной теплицы.

• Освещенность солнцем: Участок должен получать достаточно солнечного света, особенно в зимние месяцы. Идеально подходит склон, обращенный на юг (в Северном полушарии).
• Тип почвы: Хорошо дренируемая почва необходима для предотвращения заболачивания. Проведите анализ почвы, чтобы определить ее состав и дренажные свойства.
• Доступность воды: Для полива необходим доступ к надежному источнику воды. Рассмотрите сбор дождевой воды как устойчивый вариант.
• Доступность: Участок должен быть легко доступен для строительства и обслуживания.
• Местные нормативы: Перед началом строительства проверьте местные строительные нормы и правила.

2. Размеры и форма теплицы

Размеры и форма теплицы будут зависеть от имеющегося пространства, бюджета и предполагаемого использования. Прямоугольная форма, как правило, наиболее эффективна для максимального использования пространства и солнечного света.

Глубина теплицы также является важным фактором. Обычно рекомендуется глубина 6-8 футов (1,8-2,4 метра), чтобы использовать изоляционные свойства земли.

3. Материалы для остекления

Выбор материала для остекления повлияет на количество света, проникающего в теплицу, и на количество удерживаемого тепла. Распространенные материалы для остекления включают:

• Поликарбонат: Прочный, легкий и обеспечивает хорошую изоляцию.
• Стекло: Обеспечивает отличную светопропускаемость и долговечность, но дороже и тяжелее поликарбоната.
• Полиэтиленовая пленка: Экономичный вариант, но менее прочный и обеспечивает меньшую изоляцию, чем поликарбонат или стекло.

4. Вентиляция

Правильная вентиляция необходима для предотвращения перегрева и поддержания качества воздуха. Системы вентиляции могут быть пассивными или активными.

• Пассивная вентиляция: Основана на естественном потоке воздуха через вентиляционные отверстия и двери. Вентиляционные отверстия должны располагаться как в верхней, так и в нижней части теплицы для улучшения циркуляции воздуха.
• Активная вентиляция: Использует вентиляторы для циркуляции воздуха. Это особенно важно в теплом климате.

5. Изоляция

Дополнительную изоляцию можно добавить к стенам и крыше теплицы для дальнейшего снижения потерь тепла. Распространенные изоляционные материалы включают:

• Пенопласт: Обеспечивает отличную изоляцию и относительно прост в установке.
• Земляная обваловка: Насыпание земли у внешних стен теплицы обеспечивает дополнительную изоляцию.
• Соломенные тюки: Натуральный и устойчивый вариант изоляции.

6. Дренаж

Правильный дренаж необходим для предотвращения заболачивания. Установите дренажные системы по периметру теплицы для отвода воды от сооружения.

7. Освещение

В регионах с ограниченным солнечным светом может потребоваться дополнительное освещение для обеспечения оптимального роста растений. Светодиодные фитолампы являются энергоэффективным вариантом.

8. Системы отопления и охлаждения

Хотя подземные теплицы спроектированы так, чтобы минимизировать потребность в искусственном отоплении и охлаждении, в экстремальных климатических условиях могут потребоваться дополнительные системы. Варианты включают:

• Геотермальное отопление/охлаждение: Использует постоянную температуру земли для обогрева или охлаждения теплицы.
• Солнечные водонагреватели: Используют солнечную энергию для нагрева воды, которая затем может циркулировать по теплице.
• Дровяные печи: Недорогой вариант отопления, но требует надежного источника топлива.
• Испарительные охладители: Используют испарение для охлаждения воздуха. Эффективны в сухом климате.

Процесс строительства

Строительство подземной теплицы может быть значительным предприятием, но это стоящий проект для тех, кто ищет устойчивое решение для производства продуктов питания. Вот общий обзор процесса строительства:

1. Планирование и проектирование: Разработайте детальный план, который включает размеры теплицы, ее ориентацию и материалы. При необходимости проконсультируйтесь со специалистами.
2. Земляные работы: Выкопайте котлован до желаемой глубины. Обеспечьте правильный уклон для дренажа.
3. Фундамент: Постройте прочный фундамент из бетона или других долговечных материалов.
4. Стены: Возведите стены из бетонных блоков, дерева или других подходящих материалов.
5. Конструкция крыши: Постройте конструкцию крыши для поддержки остекления.
6. Остекление: Установите остекление, обеспечив герметичность для предотвращения потерь тепла.
7. Вентиляция: Установите системы вентиляции.
8. Изоляция: Добавьте изоляцию к стенам и крыше.
9. Дренаж: Установите дренажные системы.
10. Внутренняя отделка: Добавьте грядки, дорожки и другие внутренние элементы.
11. Коммуникации: Подключите воду и электричество (при необходимости).

Мировые примеры и практические исследования

Подземные теплицы используются в различных регионах мира для решения проблем продовольственной безопасности и содействия устойчивому сельскому хозяйству.

1. Анды, Южная Америка

Валипини возникли в высокогорных районах Анд в Южной Америке. Коренные общины использовали эти сооружения на протяжении веков для выращивания урожая в суровом климате. Они служат важным источником свежих продуктов в течение долгих зимних месяцев.

2. Холодный климат: Северная Америка и Европа

В Северной Америке и Европе подземные теплицы набирают популярность в регионах с холодными зимами. Они позволяют садоводам и фермерам продлить вегетационный период и производить продукты круглый год, снижая зависимость от импортных продуктов и развивая местные продовольственные системы.

Пример: В Канаде и Скандинавии, где зимние температуры могут быть чрезвычайно низкими, подземные теплицы позволяют выращивать овощи и травы, которые иначе были бы невозможны.

3. Засушливые регионы: Ближний Восток и Африка

В засушливых регионах Ближнего Востока и Африки подземные теплицы могут помочь сберегать воду и создавать более стабильные условия для выращивания. Замкнутое пространство уменьшает потери воды за счет испарения, что делает их идеальными для районов с дефицитом воды.

Пример: В некоторых частях Ближнего Востока реализуются проекты по использованию подземных теплиц в сочетании с опреснительными установками для создания устойчивых систем производства продуктов питания.

4. Островные государства

Островные государства, которые часто уязвимы для экстремальных погодных явлений и имеют ограниченные пахотные земли, могут извлечь большую выгоду из подземных теплиц. Они обеспечивают защищенную среду для выращивания продуктов питания даже во время штормов и могут помочь улучшить продовольственную безопасность.

Пример: Несколько островов Карибского бассейна изучают возможность использования подземных теплиц для увеличения местного производства продуктов питания и снижения зависимости от импортных продуктов, которые часто дороги и подвержены сбоям в поставках.

Трудности и важные моменты

Хотя подземные теплицы предлагают многочисленные преимущества, есть также некоторые трудности и соображения, которые следует учитывать.

• Стоимость строительства: Строительство подземной теплицы может быть дороже, чем строительство традиционной надземной теплицы, из-за земляных и строительных работ.
• Контроль влажности: Управление уровнем влажности может быть проблемой в подземных теплицах. Могут потребоваться надлежащие системы вентиляции и осушения.
• Доступность: Доступ к теплице может быть затруднен, особенно для людей с ограниченными возможностями передвижения.
• Заболачивание: Плохой дренаж может привести к заболачиванию, что может повредить растения и создать нездоровую среду.
• Радон: В некоторых районах газ радон может представлять опасность в подземных сооружениях. Могут потребоваться тестирование на радон и меры по его снижению.
• Разрешения: В зависимости от вашего местоположения, для строительства подземных теплиц могут потребоваться разрешения.

Обслуживание и эксплуатация

Правильное обслуживание и эксплуатация необходимы для обеспечения долгосрочного успеха подземной теплицы.

• Регулярные проверки: Регулярно осматривайте теплицу на предмет любых признаков повреждения или износа.
• Управление вентиляцией: Регулируйте системы вентиляции по мере необходимости для поддержания оптимальной температуры и уровня влажности.
• Полив: Регулярно поливайте растения, но избегайте переувлажнения.
• Борьба с вредителями и болезнями: Наблюдайте за растениями на предмет вредителей и болезней и принимайте соответствующие меры.
• Управление почвой: Регулярно удобряйте почву компостом или другой органикой для поддержания плодородия.
• Уборка: Содержите теплицу в чистоте и без мусора.

Заключение

Подземные теплицы предлагают устойчивое и надежное решение для производства продуктов питания в самых разных климатических условиях. Используя природные ресурсы Земли, эти сооружения могут обеспечить круглогодичный доступ к свежим продуктам, снизить затраты на энергию и повысить продовольственную безопасность. Хотя существуют определенные трудности, преимущества подземных теплиц делают их ценным инструментом для создания более устойчивой и справедливой продовольственной системы во всем мире. Поскольку изменение климата продолжает оказывать влияние на нашу планету, внедрение инновационных технологий, таких как подземные теплицы, будет иметь решающее значение для обеспечения продовольственной безопасности и построения более устойчивого будущего. При тщательном планировании, проектировании и строительстве каждый может построить и эксплуатировать подземную теплицу, чтобы выращивать собственную еду, поддерживать свое сообщество и вносить вклад в более устойчивый мир. Этот подход соответствует глобальным целям устойчивого развития и продвигает климатически оптимизированные методы ведения сельского хозяйства.

Ресурсы

• Книги:
  • "The Earth Sheltered Solar Greenhouse Book" by Mike Oehler
  • "The Winter Harvest Handbook: Year Round Vegetable Production Using Deep Organic Techniques and Unheated Greenhouses" by Eliot Coleman
• Веб-сайты:
  • ATTRA (National Sustainable Agriculture Information Service): https://attra.ncat.org/
  • Местные службы кооперативного консультирования