Entwerfen eines eigenen passiven Solargewächshauses, Teil 3 – Permakultur am Rand

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Willkommen zu Teil 3 dieser Serie, wie Sie Ihr eigenes Gewächshaus gestalten können, um die Pflanzsaison zu verlängern, die Wachstumsbedingungen zu verbessern und einen fröhlichen Raum für dunkle Wintertage zu schaffen.

Sie können Teil 1 und Teil 2 hier lesen, um die Schritte 1 bis 8 zu sehen. In diesem neuesten Beitrag werden wir über Beleuchtung, Isolierung, thermische Masse und unterirdische Heiz- / Kühlsysteme sprechen.

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Schritt 9: Künstliche Beleuchtung

Wenn Sie in einer kalten und wolkigen Umgebung oder im äußersten Norden leben, wo das Tageslicht sehr kurz ist, können Sie künstliches Licht in Betracht ziehen, um Ihre Gewächshausbedürfnisse zu ergänzen. Im Allgemeinen versuche ich dies zu vermeiden, da sich die Beleuchtungskosten schnell summieren können. Mein Rat ist zu untersuchen, ob Ihr Gewächshaus zuerst ohne künstliche Beleuchtung funktionieren kann. Wenn nicht, wäre der nächste Schritt die Quantifizierung der monatlichen und jährlichen Kosten, um sicherzustellen, dass die Lösung wirtschaftlich sinnvoll ist.

Hier sind einige Szenarien, in denen künstliche Beleuchtung möglicherweise nicht erforderlich ist:

  • Das Gewächshaus hat nur drei Jahreszeiten außerhalb des Jahres und wird während der dunklen Wintersaison als Treffpunkt genutzt. Ich halte das nicht für eine schlechte Sache, denn in meinem Klima bedeutet das, dass ich immer noch 200 bis 250 Wachstumstage pro Jahr bekommen kann, anstatt die beschissenen 100 Tage, die ich draußen bekommen würde.
  • Das Gewächshaus baut tropische Pflanzen an, die im Unterholz der Regenwälder leben und bei schlechten Lichtverhältnissen tolerieren.
  • Sie züchten einfach Mikrogreens, was in den meisten Szenarien kein zusätzliches Licht erfordert.

Wenn keine dieser Situationen auf Sie zutrifft, müssen Sie möglicherweise Ihr Beleuchtungsgerät entwerfen. Tun Sie dies sorgfältig. Hier ist ein Lichtrechner, der in das passive Gewächshaus-Design-Tool integriert ist, sodass Sie den Stromverbrauch und die Kosten leicht schätzen können:

Passives Solar-Gewächshaus-Design-Tool für Lichtberechnungen.

Der Rechner berücksichtigt verschiedene Technologien mit ihrer jeweiligen Leistungsaufnahme pro Quadratfuß, ihren verschiedenen Vor- und Nachteilen und der Möglichkeit, die Anzahl der Stunden zu berechnen, die pro Tag und pro Monat benötigt werden. Sobald Sie den beleuchteten Bereich betreten und die Energiekosten angeben, kann der Rechner abschätzen, wie viel die Beleuchtung Ihres Gewächshauses für den Betrieb kostet.

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Wenn Sie die Beleuchtungskosten manuell berechnen möchten, schätzen Sie einfach die von Ihnen benötigte Fläche, die jeweilige Wattleistung der Technologie und bestimmen Sie, wie viele Stunden Sie pro Monat zum Glühen Ihres Gewächshauses benötigen.

  • Kosten = Kosten / kWh * Stromverbrauch (kW) * Betriebsstunden / Monat

Verwenden Sie diese Formel oder das Designtool, um eine fundierte Entscheidung darüber zu treffen, ob künstliche Beleuchtung für Sie richtig ist.

Schritt 10: Isolierung

Eine richtig platzierte Dämmung macht ein passives Solargewächshaus anders als ein herkömmliches Giebelgewächshaus. Jeder weiß, dass die Dämmung wichtig ist, aber interessanterweise führt dies zu einer sinkenden Rendite in passiven Solargewächshäusern. Da die südliche Verglasungsfläche (nach Süden ausgerichtete Glasscheibe) einen so niedrigen R-Wert aufweist, nimmt der Ertrag mit zusätzlichen Dämmungen an der Nord-, Ost- und Westwand ab. Wenn Sie mehr als einen bestimmten Punkt hinzufügen, wirkt sich dies nicht auf die Verringerung des Wärmeverlusts aus. Sie geben im Allgemeinen mehr Geld aus und erhalten keinen zusätzlichen Nutzen.

Aus diesem Grund habe ich einen weiteren einfachen Rechner entwickelt, der Ihnen hilft, den optimalen Dämmwert für jede Wand- und Glasoberfläche zu bestimmen:

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Passives Solar-Gewächshaus-Design-Tool für Wärmeverlustberechnungen.

Das Tool fordert Sie auf, die Oberflächenbereiche Ihres Gewächshauses und die vorgeschlagenen R-Werte einzugeben, bevor Sie ein Kreisdiagramm ausgeben, das eine Aufschlüsselung des Wärmeverlusts für den Raum anzeigt. Es ist sehr einfach – Sie müssen nicht verstehen, was eine BTU ist, nur wie viel der Kuchen aus jeder Oberfläche besteht. Sie können dann zurückgehen und versuchen, verschiedene R-Werte zu stanzen, um eine optimale Dämmung zu finden, die für Sie geeignet ist! (Für mich und meine Gegend habe ich mit R-Werten von 20 für Wände, 15 für das Fundament und 1,8 für Verglasungen begonnen.)

In der Abbildung oben können Sie feststellen, dass 58% des Wärmeverlusts durch die Verglasung auftritt, während nur 10%, 6%, 15% und 11% durch Fuß, Infiltration, Dach bzw. Wände auftreten. Dies bedeutet, dass eine Verdoppelung des R-Wertes der Wände, der nur 6% des gesamten Wärmeverlusts ausmacht, finanziell schwer zu rechtfertigen ist. Stattdessen sollten wir einen anderen Ansatz wählen. Wenn der größte Wärmeverlust in der Nacht durch die Verglasung auftritt, besteht eine Lösung darin, einen thermischen Vorhang hinzuzufügen. Durch Hinzufügen eines thermischen Vorhangs mit einem R-Wert von nur 2 kann der Gesamtwärmeverlust des Gebäudes um 25% und für einen Bruchteil der Kosten für die Verdoppelung des R-Werts der Wände reduziert werden!

Schritt 11: Thermische Masse

Die thermische Masse ist für jedes Passivhaus entscheidend. Es kühlt die Struktur im Sommer ab und hält sie nachts und im Winter warm. Es gibt verschiedene Optionen, die Sie auswählen können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Gestein, Beton, Kolben, Wasser, Wasser und Glykol, Metall; Sie können jedes billige Material verwenden, das auf kleinem Raum viel Wärme speichern kann. Wir haben einen Raketenmassenheizer für unser Gewächshaus (Cob) ausgewählt, aber es gibt unendlich viele Elemente, die für Sie funktionieren könnten.

Um das Design für die thermische Masse zu unterstützen, können wir uns erneut auf unser praktisches Designwerkzeug für passive Gewächshäuser beziehen. Die Berechnung basiert auf der Glasoberfläche und der Art des Materials, das Sie verwenden möchten:

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Passives solares Gewächshaus-Designwerkzeug für Berechnungen der thermischen Masse.

Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Vor- und Nachteile – ich stelle sie normalerweise in feste und nicht feste Materialien ein:

  • Nicht feste Materialien: Wasser kann gefrieren, was die Verwendung schwierig machen kann, aber es hat eine hohe Wärmekapazität (es enthält viel Wärmeenergie) und es ist billig, was es zu einer attraktiven Option macht.
  • Feste Materialien: Feststoffe enthalten etwa viermal weniger Energie als Wasser. Sie frieren jedoch nicht ein und können problemlos im Gewächshaus aufgestellt werden.

Im Allgemeinen ist mehr thermische Masse besser als weniger, aber es gibt einen Punkt, an dem die Rendite abnimmt, wenn die Masse in den Produktionsbereich des Gewächshauses frisst.

Schritt 12: Unterirdische Heiz- und Kühlsysteme

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Unterirdisches Heiz- und Kühlsystem bei Hull Services in Calgary AB.

Unterirdische Heiz- und Kühlsysteme (SHCS) oder „Klimabatterien“ sind Wärmespeichertechnologien, die Wärme für eine spätere Verwendung unterirdisch speichern. Diese Systeme sammeln heiße Luft an der Spitze von Gewächshäusern und pumpen sie unterhalb des Gefälles durch ein Rohrnetz. Heiße Luft in einem Gewächshaus hat normalerweise eine hohe Luftfeuchtigkeit, was bedeutet, dass sie viel Wärmeenergie aufnehmen kann. Wenn die warme feuchte Luft in den kalten Boden gepumpt wird, tritt Kondensation auf und gibt Wärme an den Boden ab. Dieses Wasser infiltriert dann durch das SHCS-Rohrnetz und bewässert den Boden, während er sich dabei erwärmt. SHCS speichert überschüssige Energie während des Tages, wenn die Temperaturen über 21 ° C (72 ° C) steigen, indem ein Lüfter eingeschaltet wird. Das Gebläse wird auch gedreht, um dem Boden Wärmeenergie zu entziehen, wenn die Temperatur im Gewächshaus unter 11 ° C (~ 52 ° F) fällt.

Um ein SHCS richtig zu entwerfen, müssen Sie die richtige Größe der Kanäle und des Lüfters festlegen, um sicherzustellen, dass Sie nicht mehr Energie verwenden, um die Luft zu drücken, als Sie im Boden speichern. Andernfalls wäre es billiger, einfach Wärme mit direkten elektrischen Widerstandselementen im Gewächshaus hinzuzufügen. Ich stelle mein SHCS manuell mit einem „Duktulator“ ab, einem Rechner für Maschinenbauingenieure, die viel mit der Konstruktion von Kanälen arbeiten. Da nicht jeder ein Nerd wie ich ist, habe ich mir die Freiheit genommen, ein SHCS-Design-Tool zu erstellen, sodass auch Nicht-Ingenieure das für sich tun können:

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Passives solares Gewächshaus-Designwerkzeug für SHCS-Konstruktionsberechnungen.

Mit dem Rechner können Sie den Kanaldurchmesser und durch eine kleine Iteration auch die Lüftergröße auswählen. Ich empfehle die Verwendung von Lüftern mit variabler Geschwindigkeit, da sie die Anzahl der Optionen erhöhen, die Sie mit dem System haben. Nachdem alles installiert ist, können Sie mit der Lüftergeschwindigkeit herumspielen, um den optimalen Luftstrom für Ihr Gewächshaus zu finden. Im Allgemeinen möchten Sie, dass Ihr SHCS die Luftmenge zwei- bis sechsmal pro Stunde ändert, wobei Sie diese Geschwindigkeit bei Bedarf erhöhen oder verringern können.

Noch eine Sache: Thermische dynamische Modellierung

Die Tools und Prozesse, die ich in dieser Artikelserie zur Verfügung gestellt habe, funktionieren für jede Gewächshausgröße. Die Baukosten und Designherausforderungen für Gewächshäuser, die größer als 1.500 Quadratmeter sind, steigen erheblich. Gebäude dieser Größe sind in der Regel, wenn ich mich als Berater für die Durchführung der sogenannten thermischen dynamischen Modellierung engagiere. Dann ist möglicherweise eine zusätzliche Optimierung und ein Design erforderlich.

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Hull Services in Passiv-Solargewächshaus in Calgary AB, Baujahr 2017.

Das nächste Mal beenden wir diese Artikelserie, indem wir nach Wegen suchen, wie Sie Ihr Gewächshaus mit zusätzlichen Komponenten wie Whirlpools, Saunen, Küchen und Wurzelkellern beheizen können. Danke fürs Lesen!


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