Questo è di solito il punto in cui le serre tradizionali falliscono: raccolgono tanta energia quanto le serre solari (e spesso troppa) ma non riescono a trattenere quel calore quando le temperature scendono. La progettazione delle serre solari dipende dall’aggiunta di isolamento su ogni superficie che non è necessaria per la raccolta della luce. Questo significa che l’intera parete nord dovrebbe essere completamente isolata. Inoltre, è possibile / dovrebbe isolare alcune delle pareti laterali est e ovest. Questi ricevono il sole diretto solo per poche ore al giorno e quindi possono perdere più calore di quello che guadagnano, a seconda della posizione e del clima.
Quanto isolamento è giusto? Tutto dipende dal vostro clima e dal sito. Guarda altre serre solari, o contatta un progettista di serre solari che può fornire un’analisi climatica o suggerimenti, per avere un’idea.
Isola sottoterra
La maggior parte delle persone pensa a una serra come a quattro pareti e un tetto, ma manca un quinto piano molto critico: il terreno. Proprio come la serra perderà calore verso l’aria esterna quando fa freddo, perderà calore anche verso il terreno sottostante. Il terreno superiore si congela proprio come l’aria, e senza una barriera isolante, quelle temperature gelide entreranno nella serra attraverso il pavimento.
Inoltre, isolando intorno al perimetro della serra, non solo si previene la perdita di calore attraverso il pavimento, ma si accoppia anche la serra a un grande deposito di massa termica sotterranea. Come altri materiali – acqua, cemento e pietra – il suolo agisce come massa termica, immagazzinando energia e rilasciandola lentamente, come una batteria. Collegare la serra a questa massa isolata aiuta ad uniformare naturalmente le oscillazioni di temperatura.
Ci sono alcuni metodi diversi per isolare il sottosuolo. Il succo è quello di installare l’isolamento intorno al perimetro della serra per creare una tasca di terreno isolato sotto. Questa sacca è collegata al terreno in profondità nel sottosuolo, che mantiene una temperatura costante tutto l’anno (spesso tra 40-60 F nella maggior parte dei climi statunitensi). Isolando intorno al perimetro, la vostra serra ha appena attinto a questa fonte di temperature costanti tutto l’anno e di grande riserva di massa termica. Questo è anche il motivo per cui alcune persone seppelliscono parzialmente la loro serra sottoterra. Per saperne di più sulle serre sotterranee, o terra-rifugio qui.
Massimizzare la luce e il calore in inverno
La progettazione di serre solari – e la progettazione solare passiva in generale – si basa sulla premessa di controllare strategicamente la luce e il guadagno di calore. Vale a dire, si vuole massimizzare la luce quando è assolutamente necessario (l’inverno) e ridurre la luce quando è abbondante e crea troppo calore (l’estate).
È importante tenere presente l’angolo del sole durante le diverse stagioni, come mostrato nel grafico sopra. In inverno, la luce entra con un angolo basso e in estate è molto più alta nel cielo (si noti che questi angoli variano in base alla latitudine). Così, sulle superfici verticali del Sud, si vuole usare un materiale ad alta trasmittanza luminosa, come il vetro, per assorbire la maggior parte possibile di questa luce e del calore. Si sacrifica l’isolamento durante la notte, ma in questo periodo dell’anno la luce e il guadagno di calore sono la priorità assoluta. La massa termica dovrebbe essere usata per immagazzinare parte di questo calore per la regolazione della temperatura. Potete anche angolare la faccia del sud della vostra serra in modo che assorba più luce (e meno è rifratta fuori) come indicato nella serra solare commerciale qui sotto. Più sulla scelta dell’angolo migliore per le vostre vetrate della serra in questo blog.
Ridurre la luce e il calore in estate
In estate, avete appena il problema opposto: per la maggior parte dei climi con le estati calde ci può essere troppa luce, che crea il calore eccessivo. Poiché le giornate sono più lunghe, la luce è meno imperativa in questo periodo dell’anno. La maggior parte delle piante se la caverà meglio con una vetrata a bassa trasmittanza luminosa, in particolare sul tetto (dove entrerà la luce estiva). Noi di Ceres raccomandiamo una plastica in policarbonato con almeno 2 sacche d’aria per un buon isolamento. Potete vedere un video di questa installazione su una serra residenziale qui. Il tetto è la più grande area di perdita di calore in una serra solare, quindi usare un materiale più spesso e più isolato aiuta a ridurre la perdita di calore attraverso il tetto in inverno.
Maggiori informazioni su come trovare il miglior materiale per le vetrate per la vostra serra, comprese le informazioni sull’approvvigionamento e sui costi, sono fornite in The Year-Round Solar Greenhouse.
Uso della massa termica
La massa termica è qualsiasi materiale che ha la capacità di immagazzinare grandi quantità di energia termica. Tutti i materiali hanno una certa capacità di immagazzinare energia, ma alcuni ne hanno molta di più di altri. L’acqua, per esempio, può immagazzinare circa 4 volte più calore dell’aria, rendendola uno dei materiali di massa termica (o dissipatore di calore) più popolari usati nelle serre. Altri materiali sono il cemento, la pietra o il suolo sotterraneo.
Il metodo più comune per aggiungere massa termica è usare grandi quantità di acqua, perché ha una capacità termica così alta ed è facile da trovare. Impilando diversi fusti d’acqua da 55 galloni in una serra, il coltivatore può aggiungere in modo economico molta massa termica. I barili dovrebbero essere impilati dove sono alla luce diretta del sole in inverno, e devono essere stabilizzati per evitare che cadano. Altri metodi includono la costruzione di cemento o pietra nella serra, come l’uso di un muro nord di cemento o di un pavimento in pietra arenaria. Alcuni suggerimenti su come usare l’acqua come massa termica in una serra sono in questo blog.
Rendere la massa più intelligente
I metodi standard o passivi di massa termica sono i più comuni, ma hanno un paio di limitazioni. Primo, si possono ottenere microclimi: la massa influenzerà l’aria direttamente intorno ad essa, ma l’effetto di riscaldamento/raffreddamento può essere limitato all’area circostante. In secondo luogo, la massa può occupare molto spazio nella serra che potrebbe altrimenti essere utilizzato per la coltivazione.
Per superare questi e aggiungere capacità extra alla massa termica, ci sono sistemi più avanzati per rendere la massa più efficace. Il più comune è quello di immagazzinare il calore nel suolo nel sottosuolo usando un sistema di trasferimento di calore terra-aria (GAHT) o una batteria climatica. Questo sistema usa dei ventilatori per far circolare l’aria nel sottosuolo e immagazzinare il calore nel terreno sotto la serra. Sfrutta anche le temperature stabili del suolo sotterraneo per fornire tutto l’anno riscaldamento, raffreddamento e un po’ di circolazione/deumidificazione dell’aria in più. Il funzionamento dei ventilatori richiede elettricità, ma il sistema nel suo insieme può darvi molto più di un effetto di riscaldamento e raffreddamento rispetto alla sola massa termica passiva.
Massimizzare la ventilazione naturale
Abbiamo parlato del riscaldamento solare passivo nella serra, ma questa è solo una metà dell’equazione. La ventilazione è essenziale per raffreddare la serra e mantenere le piante sane. L’aria in movimento costringe le piante a crescere più forti e riduce i problemi il rischio di muffe, insetti e agenti patogeni.
Per massimizzare la ventilazione naturale si vuole creare un percorso di minor resistenza per l’aria da spostare. Posizionare le bocchette di aspirazione più in basso e le bocchette di scarico più in alto per sfruttare la convezione naturale. La presa d’aria aspirerà l’aria esterna più fredda e questa salirà naturalmente e sarà espulsa più in alto. Il risultato è un flusso d’aria supplementare, senza energia aggiunta.
È necessario controllare la ventilazione (manualmente o automaticamente) in modo da ottenere la giusta quantità di raffreddamento ma non troppo. Per questo motivo, raccomando di automatizzare le prese d’aria, sia gli apriporta automatici a energia solare (che usano cilindri di cera per aprire e chiudere senza elettricità) o i ventilatori di scarico. Maggiori informazioni sulle diverse strategie di ventilazione qui. Raccomando di usare più di un metodo in modo da avere un back-up, e assicurarsi che le bocchette siano ben sigillate e isolate quando non sono in uso.
Di quanta ventilazione avete bisogno? Questa è un’altra area che dipende dal vostro clima e dal design della serra. Forniamo alcune regole empiriche in The Year-Round Solar Greenhouse.
Quelli sopra sono i principi generali della progettazione passiva della serra solare. Tuttavia, è importante rendersi conto che una serra solare dovrebbe essere adattata al clima locale. Una serra nel Maine richiederà più isolamento e materiali diversi per le vetrate che una in Texas. Per questo motivo, si consiglia e ottenere raccomandazioni da professionisti o coltivatori esperti nella vostra zona quando si crea il vostro progetto. Il gruppo Facebook Year-Round Greenhouse Growers è un buon punto di partenza.
Lindsey Schiller è una designer di serre e co-fondatrice di Ceres Greenhouse Solutions, che ricerca, progetta e costruisce serre tutto l’anno ad alta efficienza energetica. È anche co-autrice, insieme a Marc Plinke, di The Year-Round Solar Greenhouse: How to Design and Build a Net-Zero Energy Greenhouse.
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