Вичерпний посібник з проєктування підземних теплиць: глобальна перспектива

В епоху зростаючої екологічної стурбованості та збільшення світового населення пошук сталих та ефективних методів виробництва продуктів харчування є як ніколи актуальним. Одним з інноваційних рішень, що набуває популярності в усьому світі, є підземна теплиця, яку часто називають валіпіні. Цей посібник надає всебічний огляд проєктування, будівництва, переваг та глобального застосування підземних теплиць, пропонуючи цінні знання для всіх, хто цікавиться сталим сільським господарством та продовольчою безпекою.

Що таке підземна теплиця (Валіпіні)?

Підземна теплиця, або валіпіні (з мови аймара — «тепле місце»), — це споруда, побудована частково або повністю нижче рівня землі. Така конструкція використовує природні ізоляційні властивості землі для підтримки стабільної температури протягом усього року, що робить її ідеальною для вирощування культур у регіонах з екстремальним кліматом.

Ключові принципи роботи підземної теплиці:

• Пасивне сонячне опалення: Теплиця орієнтована так, щоб максимізувати доступ сонячного світла, особливо в зимові місяці. Поширеними є конструкції, орієнтовані на південь (у Північній півкулі).
• Геотермальне опалення: Температура землі залишається відносно постійною на глибині кількох футів. Ця геотермальна енергія допомагає регулювати температуру в теплиці, забезпечуючи тепло взимку та прохолоду влітку.
• Ізоляція: Навколишня земля діє як природний ізолятор, зменшуючи втрати тепла взимку та надходження тепла влітку.

Переваги підземних теплиць

Підземні теплиці пропонують безліч переваг у порівнянні з традиційними наземними теплицями, особливо в складних кліматичних умовах.

1. Цілорічне виробництво продуктів харчування

Стабільне температурне середовище дозволяє вирощувати врожай цілий рік, навіть у регіонах з суворими зимами або спекотним літом. Це може значно покращити продовольчу безпеку та зменшити залежність від імпортних продуктів.

Приклад: У високогірних районах Анд у Південній Америці, де виникли валіпіні, вегетаційні періоди зазвичай короткі та непередбачувані. Підземні теплиці дозволили громадам вирощувати свіжі овочі та фрукти протягом усього року, покращуючи харчування та рівень життя.

2. Зниження витрат на енергію

Використовуючи пасивну сонячну та геотермальну енергію, підземні теплиці значно зменшують потребу в штучному опаленні та охолодженні. Це призводить до зниження рахунків за електроенергію та меншого вуглецевого сліду.

3. Захист від екстремальних погодних умов

Заглиблена в землю конструкція забезпечує захист від сильних вітрів, сильного снігу, граду та екстремальних коливань температури, захищаючи врожай від пошкоджень та втрат. Вона також більш стійка до екстремальних погодних явищ, таких як урагани та торнадо.

Приклад: У районах, схильних до ураганів, наприклад, на Карибах, підземна теплиця може забезпечити безпечне та захищене середовище для вирощування їжі навіть під час сильних штормів.

4. Економія води

Закрите середовище допомагає зменшити втрати води через випаровування, що робить підземні теплиці більш водоефективними, ніж традиційні сади чи теплиці. Конденсат також можна збирати та використовувати повторно.

5. Контроль шкідників та хвороб

Контрольоване середовище підземної теплиці може допомогти мінімізувати проблеми зі шкідниками та хворобами, зменшуючи потребу в хімічних пестицидах та гербіцидах.

6. Подовжений вегетаційний період

Стабільний клімат подовжує вегетаційний період, що дозволяє вирощувати культури, які інакше неможливо було б культивувати в місцевому кліматі. Ви також можете раніше починати вирощувати розсаду для пересадки у відкритий ґрунт.

7. Покращена якість врожаю

Контрольоване середовище може призвести до покращення якості врожаю, з кращими врожайністю, смаком та поживною цінністю.

Ключові аспекти проєктування підземних теплиць

Проєктування ефективної підземної теплиці вимагає ретельного розгляду кількох факторів.

1. Вибір місця

Вибір правильного місця є вирішальним для максимізації переваг підземної теплиці.

• Доступ сонячного світла: Місце повинно отримувати достатньо сонячного світла, особливо в зимові місяці. Ідеальним є південний схил (у Північній півкулі).
• Тип ґрунту: Добре дренований ґрунт є важливим для запобігання перезволоженню. Проведіть аналіз ґрунту, щоб визначити його склад та дренажні властивості.
• Наявність води: Доступ до надійного джерела води необхідний для зрошення. Розгляньте збір дощової води як сталий варіант.
• Доступність: Місце повинно бути легкодоступним для будівництва та обслуговування.
• Місцеві норми: Перед початком будівництва перевірте місцеві будівельні норми та правила.

2. Розміри та форма теплиці

Розміри та форма теплиці залежатимуть від наявного простору, бюджету та цільового призначення. Прямокутна форма, як правило, є найбільш ефективною для максимізації простору та доступу сонячного світла.

Глибина теплиці також є важливим фактором. Зазвичай рекомендується глибина 6-8 футів (1,8-2,4 метра), щоб скористатися ізоляційними властивостями землі.

3. Матеріали для скління

Вибір матеріалу для скління впливатиме на кількість світла, що потрапляє в теплицю, та на кількість тепла, що утримується. Поширені матеріали для скління включають:

• Полікарбонат: Міцний, легкий та забезпечує хорошу ізоляцію.
• Скло: Забезпечує відмінну світлопроникність і довговічність, але є дорожчим і важчим за полікарбонат.
• Поліетиленова плівка: Економічно вигідний варіант, але менш довговічний і забезпечує меншу ізоляцію, ніж полікарбонат або скло.

4. Вентиляція

Належна вентиляція є важливою для запобігання перегріву та підтримки якості повітря. Системи вентиляції можуть бути пасивними або активними.

• Пасивна вентиляція: Покладається на природний потік повітря через вентиляційні отвори та двері. Вентиляційні отвори повинні розташовуватися як у верхній, так і в нижній частині теплиці для сприяння циркуляції повітря.
• Активна вентиляція: Використовує вентилятори для циркуляції повітря. Це особливо важливо в теплих кліматичних умовах.

5. Ізоляція

Додаткова ізоляція може бути додана до стін і даху теплиці для подальшого зменшення тепловтрат. Поширені ізоляційні матеріали включають:

• Пінопласт: Забезпечує відмінну ізоляцію і відносно простий в установці.
• Земляний насип (берма): Насипання ґрунту біля зовнішніх стін теплиці забезпечує додаткову ізоляцію.
• Солом'яні тюки: Природний і сталий варіант ізоляції.

6. Дренаж

Належний дренаж є важливим для запобігання перезволоженню. Встановіть дренажні системи по периметру теплиці, щоб відводити воду від конструкції.

7. Освітлення

У регіонах з обмеженим сонячним світлом може знадобитися додаткове освітлення для забезпечення оптимального росту рослин. Світлодіодні фітолампи є енергоефективним варіантом.

8. Системи опалення та охолодження

Хоча підземні теплиці розроблені для мінімізації потреби в штучному опаленні та охолодженні, в екстремальних кліматичних умовах можуть знадобитися додаткові системи. Варіанти включають:

• Геотермальне опалення/охолодження: Використовує постійну температуру землі для обігріву або охолодження теплиці.
• Сонячні водонагрівачі: Використовують сонячну енергію для нагрівання води, яка потім може циркулювати по теплиці.
• Дров'яні печі: Недорогий варіант опалення, але вимагає надійного джерела палива.
• Випарні охолоджувачі: Використовують випаровування для охолодження повітря. Ефективні в сухому кліматі.

Процес будівництва

Будівництво підземної теплиці може бути значним проєктом, але це вартий того проєкт для тих, хто шукає стале рішення для виробництва продуктів харчування. Ось загальний огляд процесу будівництва:

1. Планування та проєктування: Розробіть детальний план, що включає розміри, орієнтацію та матеріали теплиці. За потреби проконсультуйтеся з фахівцями.
2. Земляні роботи: Викопайте ділянку до бажаної глибини. Забезпечте належний ухил для дренажу.
3. Фундамент: Побудуйте міцний фундамент з бетону або інших довговічних матеріалів.
4. Стіни: Побудуйте стіни з бетонних блоків, дерева або інших відповідних матеріалів.
5. Конструкція даху: Побудуйте конструкцію даху для підтримки матеріалу скління.
6. Скління: Встановіть матеріал для скління, забезпечивши щільне прилягання для запобігання тепловтратам.
7. Вентиляція: Встановіть системи вентиляції.
8. Ізоляція: Додайте ізоляцію до стін і даху.
9. Дренаж: Встановіть дренажні системи.
10. Внутрішнє оздоблення: Додайте грядки, доріжки та інші внутрішні елементи.
11. Комунікації: Підключіть воду та електрику (за потреби).

Глобальні приклади та кейси

Підземні теплиці використовуються в різних регіонах світу для вирішення проблем продовольчої безпеки та просування сталого сільського господарства.

1. Анди, Південна Америка

Валіпіні виникли у високогірних районах Анд у Південній Америці. Корінні громади використовують ці споруди протягом століть для вирощування культур у суворому кліматі. Вони є життєво важливим джерелом свіжих продуктів протягом довгих зимових місяців.

2. Холодний клімат: Північна Америка та Європа

У Північній Америці та Європі підземні теплиці набувають популярності в регіонах з холодними зимами. Вони дозволяють садівникам і фермерам подовжувати вегетаційний період і виробляти їжу цілий рік, зменшуючи залежність від імпортних продуктів і просуваючи місцеві продовольчі системи.

Приклад: У Канаді та Скандинавії, де зимові температури можуть бути надзвичайно низькими, підземні теплиці дозволяють вирощувати овочі та трави, що інакше було б неможливо.

3. Посушливі регіони: Близький Схід та Африка

У посушливих регіонах Близького Сходу та Африки підземні теплиці можуть допомогти зберегти воду та створити більш стабільне середовище для вирощування. Закрите середовище зменшує втрати води через випаровування, що робить їх ідеальними для районів з дефіцитом води.

Приклад: У деяких частинах Близького Сходу реалізуються проєкти з використання підземних теплиць у поєднанні з опріснювальними установками для створення сталих систем виробництва продуктів харчування.

4. Острівні держави

Острівні держави, які часто вразливі до екстремальних погодних явищ і мають обмежену кількість орних земель, можуть отримати велику користь від підземних теплиць. Вони забезпечують захищене середовище для вирощування їжі, навіть під час штормів, і можуть допомогти покращити продовольчу безпеку.

Приклад: Кілька карибських островів досліджують використання підземних теплиць для збільшення місцевого виробництва продуктів харчування та зменшення залежності від імпортної їжі, яка часто є дорогою та вразливою до збоїв у постачанні.

Проблеми та міркування

Хоча підземні теплиці пропонують численні переваги, є також деякі проблеми та міркування, які слід враховувати.

• Витрати на будівництво: Будівництво підземної теплиці може бути дорожчим, ніж будівництво традиційної наземної теплиці, через земляні та будівельні роботи.
• Контроль вологості: Управління рівнем вологості може бути проблемою в підземних теплицях. Може знадобитися належна вентиляція та системи осушення.
• Доступність: Доступ до теплиці може бути ускладненим, особливо для людей з обмеженими можливостями пересування.
• Перезволоження: Поганий дренаж може призвести до перезволоження, що може пошкодити рослини та створити нездорове середовище.
• Радон: У деяких районах радон може становити проблему в підземних спорудах. Може знадобитися тестування на радон та заходи з його пом'якшення.
• Дозволи: Залежно від вашого місцезнаходження, для будівництва підземних теплиць можуть знадобитися будівельні дозволи.

Обслуговування та експлуатація

Належне обслуговування та експлуатація є важливими для забезпечення довгострокового успіху підземної теплиці.

• Регулярні перевірки: Регулярно оглядайте теплицю на наявність будь-яких ознак пошкодження чи зносу.
• Управління вентиляцією: За потреби регулюйте системи вентиляції для підтримки оптимальної температури та рівня вологості.
• Полив: Регулярно поливайте рослини, але уникайте надмірного поливу.
• Контроль шкідників та хвороб: Спостерігайте за рослинами на наявність шкідників та хвороб і вживайте відповідних заходів.
• Управління ґрунтом: Регулярно удобрюйте ґрунт компостом або іншими органічними речовинами для підтримки родючості.
• Прибирання: Тримайте теплицю в чистоті та без сміття.

Висновок

Підземні теплиці пропонують стале та стійке рішення для виробництва продуктів харчування в широкому діапазоні кліматичних умов. Використовуючи природні ресурси Землі, ці споруди можуть забезпечити цілорічний доступ до свіжих продуктів, зменшити витрати на енергію та покращити продовольчу безпеку. Хоча є проблеми, які слід враховувати, переваги підземних теплиць роблять їх цінним інструментом для створення більш сталої та справедливої продовольчої системи в усьому світі. Оскільки зміна клімату продовжує впливати на нашу планету, впровадження інноваційних технологій, таких як підземна теплиця, буде вирішальним для забезпечення продовольчої безпеки та побудови більш стійкого майбутнього. Завдяки ретельному плануванню, проєктуванню та будівництву кожен може побудувати та експлуатувати підземну теплицю, щоб вирощувати власну їжу, підтримувати свою громаду та робити внесок у більш сталий світ. Цей підхід відповідає глобальним цілям сталого розвитку та просуває кліматично-розумні сільськогосподарські практики.

Ресурси

• Книги:
  • «Книга про заглиблені сонячні теплиці» Майка Олера
  • «Довідник із зимового врожаю: цілорічне вирощування овочів за допомогою глибоких органічних методів та неопалюваних теплиць» Еліота Коулмана
• Веб-сайти:
  • ATTRA (Національна інформаційна служба сталого сільського господарства): https://attra.ncat.org/
  • Місцеві кооперативні консультаційні служби