How-to
Die häufigste Art, thermische Masse zu verwenden, sind Wasserfässer, weil sie eine so hohe Wärmekapazität haben. Durch das Stapeln mehrerer 55-Gallonen-Wasserfässer in einem Gewächshaus kann der Gärtner eine Menge thermische Masse einbauen. Die Fässer sollten an einem Ort mit direkter Sonneneinstrahlung gestapelt werden, häufig an einer Nordwand. Da die Pflanzen in der Nähe der Wasserfässer wärmer sind, sollten empfindlichere Pflanzen – wie Aussaatschalen oder Warmwetterpflanzen – auf oder in der Nähe der Fässer gepflanzt werden. Der Anbau mit einem Aquaponiksystem – die symbiotische Aufzucht von Fischen und Pflanzen – hat den angenehmen Vorteil, dass die Fischtanks auch als thermische Masse dienen. Andere Variationen umfassen den Einbau von Beton oder Stein in das Gewächshaus – z. B. die Verwendung einer Nordwand aus Beton oder eines Bodens aus Steinplatten. Sogar der Boden in Hochbeeten trägt zur thermischen Masse bei.
Während die thermische Masse am einfachsten zu installieren ist, kann sie langsam reagieren. Es dauert länger, bis sich die Wärme im gesamten Gewächshaus verteilt hat, was ihre Wirksamkeit einschränkt. Angesichts der geringen Anfangskosten ist der Einbau von Wärmemasse in ein Gewächshaus jedoch eine beliebte Methode zur Verlängerung der Vegetationsperiode. Vielleicht können Sie damit nicht das ganze Jahr über wachsen, aber es kann Ihr Gewächshaus auf die nächste Stufe heben.
2) Einen Wärmetauscher einbauen
Um einen Schritt über die Standard-Wärmemasse hinauszugehen, können Sie einen Wärmetauscher einbauen, der die Luft durch die Massequelle zirkulieren lässt. Für diese Idee gibt es viele Namen. Sie wird oft als Klimabatterie oder unterirdisches Heiz- und Kühlsystem (Subterranean Heating and Cooling System, SHCS) bezeichnet – ein Name, der von John Cruickshank von sunnyjohn.com geprägt wurde. Ceres Greenhouse Solutions mit Sitz in Boulder, CO, bietet auch eine Variante des Systems an, das als Erdreich-Luft-Wärmeübertragungssystem (GAHT) bezeichnet wird.
Es gibt viele Konfigurationen, aber der Mechanismus der Energieübertragung und -speicherung ist immer derselbe. Wenn sich das Gewächshaus tagsüber aufheizt, pumpt ein Ventilator warme, feuchte Luft aus dem Inneren des Gewächshauses durch ein Netz von Rohren, die bis zu 4′ unter der Erde verlegt sind (die meisten Systeme bestehen aus mehreren Schichten von Rohren, die 4′ und 2′ unter der Oberfläche verlegt sind). Der Temperaturabfall zwingt den Wasserdampf zur Kondensation, und bei diesem Prozess (Phasenwechsel genannt) wird Energie freigesetzt. Diese Energie wird im Boden gespeichert, wodurch sich der Boden erwärmt. Auf diese Weise entsteht das ganze Jahr über eine große Menge warmer Erde unter dem Gewächshaus. Nachts, wenn die Temperatur im Gewächshaus sinkt, schaltet sich der Ventilator wieder ein und entzieht dem Boden diese Wärme. Es handelt sich um ein relativ einfaches, bewährtes System; Erdreich-Luft-Wärmetauscher werden schon seit Jahrzehnten in Häusern eingesetzt.
Ein Erdreich-Luft-Wärmetauscher funktioniert aus zwei Gründen sehr gut: Erstens ist die verfügbare Masse (die Größe der Batterie, wie wir bereits erwähnt haben) riesig. Unter einem 12′ x 16′ großen Gewächshaus befinden sich zum Beispiel 768 Kubikfuß Erde, wobei eine Tiefe von 4′ angenommen wird. Würde man die gesamte Nordwand desselben Gewächshauses mit zwei Reihen von 55-Gallonen-Wasserfässern (16 Fässer) auskleiden, hätte man insgesamt 118 Kubikfuß Masse. Das bedeutet, dass bei Verwendung der volumetrischen Wärmekapazitäten in der obigen Tabelle der unterirdische Wärmetauscher etwa die doppelte Kapazität hat wie die Wasserfässer. Außerdem hat ein Erdreich-Luft-Wärmetauscher, der mit der tiefen Erde verbunden ist, theoretisch eine unendliche Kapazität. Ein Diagramm zum besseren Verständnis finden Sie in der Abbildung der CERES-Gewächshäuser hier.
Zweitens: Da die Luft aktiv durch die „Batterie“ gedrückt wird, erhöht sich die Rate des Wärmeaustauschs. Die wärmere/kältere Luft wird gleichmäßiger im Gewächshaus verteilt, wodurch Kältetaschen vermieden werden. Außerdem können Sie durch den Einsatz von Ventilatoren die Masse nutzen, wann Sie wollen: Ein Thermostat schaltet den Ventilator bei bestimmten Temperaturen ein und aus. Das heißt, das Gebläse beginnt, warme Luft in den Boden zu pumpen, wenn das Gewächshaus eine bestimmte Temperatur erreicht (z. B. 80 F), und saugt sie wieder an, wenn die Temperatur unter 50 F gesunken ist. Ein unterirdischer Wärmetauscher gibt Ihnen also eine gewisse Kontrolle über die thermische Masse; es ist so, als würde man thermische Masse nehmen und sie intelligenter machen.
Varianten
Das Material der Batterie kann variieren. Manche Leute füllen den Bereich unter dem Gewächshaus mit Kies oder Steinen statt mit Erde auf. Wenn Sie bereits ein Gewächshaus haben oder auf Ihrem Grundstück keine großen Erdarbeiten durchführen können, können Sie eine alternative Batterie über der Erde bauen. Sie können eine isolierte Masse aus Erde oder anderem Material, z. B. eine Kiste mit Flusssteinen, vor dem Gewächshaus aufbauen. Das System funktioniert auf die gleiche Weise, nur der Standort der thermischen Masse ist ein anderer.
3) Verwenden Sie eine effiziente, mit erneuerbaren Energien betriebene Heizung
Die oben genannten Systeme zeigen Ihnen, wie Sie die Sonne nutzen und Sonnenenergie speichern können, was ein guter erster Schritt zu einer natürlichen Heizung ist. Wenn zusätzliche Wärme benötigt wird, sollten Sie ein hocheffizientes Heizsystem in Erwägung ziehen, das mit billigem und erneuerbarem Brennstoff betrieben wird.
Eines der in Gewächshäusern häufig verwendeten Systeme ist der Raketenmassenheizer, eine hocheffiziente Variante eines Holzofens. Anstatt die heiße Luft wie bei einem normalen Holzofen direkt aus dem Schornstein zu blasen, zirkuliert der Raketenmassenheizer die heiße Luft zunächst durch eine Masse aus Ziegeln oder Steinen, bevor sie ins Freie geleitet wird. Die Luft erwärmt die Masse, die die Wärme speichert und über einen langen Zeitraum langsam wieder in das Gewächshaus abstrahlt, auch wenn der Ofen nicht mehr brennt. Der Raketenmassekocher verwendet außerdem eine doppelte Brennkammer, wodurch er viel effizienter ist als ein herkömmlicher Holzofen – ein paar Stunden Brenndauer mit einer kleinen Menge Holz können ein Gewächshaus über Nacht beheizen. Die meisten Raketenmassenheizungen sind Selbstbausysteme; Sie müssen ein für Ihr Gewächshaus geeignetes System untersuchen und entwerfen, indem Sie die Fülle von Plänen und Erklärungen im Internet nutzen.
Ein weiteres gängiges Gewächshaussystem ist die Komposthaufenheizung, die sich auf die Magie aerober Bakterien stützt, um organisches Material abzubauen und Abwärme abzugeben. Wie der unterirdische Wärmetauscher beruht auch die Kompostheizung auf einem Wärmetauscher: Wasser wird durch Rohre geleitet, die durch einen großen Komposthaufen verlaufen. Aufgrund der aeroben Zersetzung kann ein Komposthaufen Temperaturen von 100-160 F aufrechterhalten. Das erhitzte Wasser wird dann durch das Gewächshaus geleitet, wo es Wärme abgibt. Von allen Systemen erfordert dieses wahrscheinlich die meiste Bastelei, um es richtig zu machen und am Laufen zu halten. Sie müssen Ihren Komposthaufen zunächst mit dem richtigen Material und der richtigen Konsistenz anlegen, um ihn auf eine hohe Temperatur zu bringen, und dann immer wieder nachlegen oder den Haufen neu aufbauen, während er sich zersetzt. Ein großer, richtig angelegter Komposthaufen (siehe Bild unten) kann jedoch ein Gewächshaus mit einer Fläche von 1.000 bis 2.000 Quadratmetern einen ganzen Winter lang beheizen. Aus diesen Gründen sind Komposthaufenheizungen oft am besten für größere Gewächshäuser geeignet.
Zusammenfassung
Welchen Weg soll man gehen? Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle:
Was sind Ihre Ziele (wie viel Raum wollen Sie beheizen und in welchem Maße)? Jedes System hat eine andere Heizleistung. Wie viel Kontrolle möchten Sie haben? (Einige Systeme sind aktiv, andere passiv. (z.B. können Sie einen Raketenmassenheizer ankurbeln, aber Sie können nicht viel tun, um die Wasserfässer zu wechseln).
Welche Beschränkungen haben Sie bereits? (z. B. schließen schwierige/rockige Böden einen unterirdischen Wärmetauscher aus.) Überlegen Sie, wie viel Platz Sie im Gewächshaus für Dinge wie Wasserfässer haben. Und vor allem sollten Sie sich Gedanken über den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Installation der einzelnen Systeme machen sowie über die laufende Zeit/Arbeit, die für den Betrieb der einzelnen Systeme erforderlich ist (d. h. ein unterirdischer Wärmetauscher kann automatisiert werden, ein Raketenmassenspeicher hingegen nicht). Auch hier gilt: Sie müssen zwar im Vorfeld einige Hausaufgaben machen, aber ein warmes Gewächshaus, das den ganzen Winter über frische Lebensmittel liefert (und das kostenlos!), ist der beste Gewinn, den Sie erzielen können.
(Oben) Fotos mit freundlicher Genehmigung von Ceres Greenhouse Solutions: Rohre in einem unterirdischen Wärmetauscher für ein 12 x 20 Gewächshaus. 3D-Modell eines unterirdischen Wärmetauschers unter der Erde.
(Mitte) Foto mit freundlicher Genehmigung von Verge Permaculture: Raketenmassenheizung in einem Gewächshaus.
(Unten) Fotos mit freundlicher Genehmigung von Golden Hoof Farm: Komposthaufen in der Bauphase mit Schläuchen zur Belüftung. Fertiger Komposthaufen.
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