Det är vanligtvis här som traditionella växthus misslyckas: de samlar in lika mycket energi som solcellsväxthus (och ofta alldeles för mycket), men kan inte behålla värmen när temperaturen sjunker. Utformningen av solväxthus är beroende av att man lägger till isolering på alla ytor som inte behövs för att samla in ljus. Detta innebär att hela den norra väggen bör vara helt isolerad. Dessutom kan/ska du isolera en del av de östra och västra sidoväggarna. Dessa får bara direkt sol några få timmar per dag och kan därför förlora mer värme än de vinner, beroende på din plats och ditt klimat.
Hur mycket isolering är rätt? Allt beror på ditt klimat och din plats. Titta på andra solväxthus eller kontakta en konstruktör av solväxthus som kan ge en klimatanalys eller förslag för att få en uppfattning.
Isolerar under jord
De flesta tänker sig att ett växthus består av fyra väggar och ett tak, men de missar ett mycket viktigt femte plan: marken. Precis som växthuset förlorar värme till uteluften när det är kallt, förlorar det också värme till marken under det. Överjorden fryser precis som luften, och utan en isolerande barriär kommer dessa frusna temperaturer in i växthuset genom golvet.
Och genom att isolera runt växthusets omkrets förhindrar du inte bara värmeförluster genom golvet, utan du kopplar också växthuset till ett stort lager av termisk massa under marken. Liksom andra material – vatten, betong och sten – fungerar jorden som termisk massa som lagrar energi och långsamt avger den, likt ett batteri. Genom att koppla växthuset till denna isolerade massa kan man på ett naturligt sätt utjämna temperatursvängningar.
Det finns några olika metoder för att isolera under jord. Det viktigaste är att installera isolering runt växthusets omkrets för att skapa en ficka med isolerad jord under. Denna ficka är kopplad till jorden djupt under jorden, som håller en jämn temperatur året runt (ofta mellan 40-60 F i de flesta klimat i USA). Genom att isolera runtomkring har ditt växthus just utnyttjat denna källa till stabila temperaturer året runt och ett stort lager av termisk massa. Detta är också anledningen till att vissa människor delvis gräver ner sitt växthus under jorden. Se mer om underjordiska växthus här.
Maximera ljus och värme på vintern
Design av solcellsdrivna växthus – och design av passiva solceller i allmänhet – bygger på premissen att strategiskt styra ljus- och värmetillförsel. Du vill maximera ljuset när det behövs (på vintern) och minska ljuset när det är rikligt och skapar för mycket värme (på sommaren).
Det är viktigt att tänka på solens vinkel under de olika årstiderna, vilket visas i figuren ovan. På vintern kommer ljuset in i en låg vinkel och på sommaren är det mycket högre på himlen (observera att dessa vinklar varierar beroende på din latitud). På vertikala ytor i söder vill du därför använda ett material med hög ljusgenomsläpplighet, t.ex. glas, för att absorbera så mycket som möjligt av detta ljus och denna värme. Du offrar visserligen isolering på natten, men vid den här tiden på året är ljus- och värmetillförsel högsta prioritet. Termisk massa bör användas för att lagra en del av denna värme för temperaturreglering. Du kan också vinkla växthusets södra sida så att det absorberar mer ljus (och mindre ljus bryts bort), vilket visas i det kommersiella solcellsväxthuset nedan. Mer om att välja den bästa vinkeln för ditt växthusglas i den här bloggen.
Reducera ljus och värme på sommaren
På sommaren har du precis det motsatta problemet: för de flesta klimat med varma somrar kan det finnas för mycket ljus, vilket skapar överdriven värme. Eftersom dagarna är längre är ljuset mindre viktigt vid den här tiden på året. De flesta växter klarar sig bättre med en ljusspridande glasruta som har en lägre ljusgenomsläpplighet, särskilt på taket (där sommarljuset kommer in). På Ceres rekommenderar vi en polykarbonatplast med minst 2 luftfickor för god isolering. Du kan se en video av detta installerat på ett bostadsväxthus här. Taket är det största området för värmeförlust i ett solväxthus, så att använda ett tjockare, mer isolerat material hjälper till att minska värmeförlusten genom taket på vintern.
Mer information om hur du hittar det bästa glasmaterialet för ditt växthus, inklusive information om inköp och kostnader, finns i The Year-Round Solar Greenhouse.
Använd termisk massa
Termisk massa är ett material som har kapacitet att lagra stora mängder värmeenergi. Alla material har en viss förmåga att lagra energi, men vissa har mycket mer än andra. Vatten kan till exempel lagra ungefär fyra gånger så mycket värme som luft, vilket gör det till ett av de mer populära materialen för termisk massa (eller värmesänka) som används i växthus. Andra material är betong, sten eller jorden under jorden.
Den vanligaste metoden för att lägga till termisk massa är att använda stora mängder vatten, eftersom det har en så hög värmekapacitet och är lätt att få tag på. Genom att stapla flera 55-gallonfat med vatten i ett växthus kan odlaren billigt lägga till mycket termisk massa. Tunnorna bör staplas där de står i direkt solljus på vintern och måste stabiliseras för att förhindra att de faller. Andra metoder är att bygga in betong eller sten i växthuset, till exempel genom att använda en nordvägg av betong eller ett golv av flaggsten. Några tips om att använda vatten som termisk massa i ett växthus finns i den här bloggen.
Maka massa smartare
Standard- eller passiva metoder för termisk massa är vanligast, men har ett par begränsningar. För det första kan man få mikroklimat: massan påverkar luften direkt omkring den, men uppvärmnings-/avkylningseffekten kan begränsas till det omgivande området. För det andra kan massan ta upp mycket utrymme i växthuset som annars skulle kunna användas för odling.
För att övervinna dessa och lägga till extra kapacitet till termisk massa finns det mer avancerade system för att göra massan mer effektiv. Det vanligaste är att lagra värme i marken under jord med hjälp av ett GAHT-system (Ground to Air Heat Transfer) eller ett klimatbatteri. Detta system använder fläktar för att cirkulera luft under marken och lagra värme i jorden under växthuset. Det drar också nytta av de stabila temperaturerna i marken under jord för att ge uppvärmning och kylning året runt och en viss extra luftcirkulation/avfuktning. Att driva fläktar kräver elektricitet, men systemet som helhet kan ge dig en mycket större effekt för uppvärmning och kylning än enbart passiv termisk massa.
Maximera naturlig ventilation
Vi har talat om passiv solvärme i växthuset, men det är bara en halva av ekvationen. Ventilation är viktigt för att kyla växthuset och hålla växterna friska. Rörlig luft tvingar växterna att växa starkare och minskar problemen risken för mögel, insekter och patogener.
För att maximera den naturliga ventilationen vill du skapa en väg av minsta motstånd för luften att röra sig. Placera inloppsventilerna lägre och utloppsventilerna högre för att dra nytta av den naturliga konvektionen. Intagsluckan kommer att dra in svalare utomhusluft och den kommer naturligt att stiga upp och avges högre upp. Resultatet blir ytterligare luftflöde, utan extra energi.
Det är nödvändigt att styra ventilationen (antingen manuellt eller automatiskt) så att du får rätt mängd kylning, men inte för mycket. Därför rekommenderar jag automatiserade ventiler, antingen automatiserade solcellsdrivna ventilationsöppnare (som använder vaxcylindrar för att öppna och stänga utan elektricitet) eller frånluftsfläktar. Mer om olika ventilationsstrategier här. Jag rekommenderar att du använder mer än en metod så att du har en reservlösning, och att du ser till att ventilerna är väl förslutna och isolerade när de inte används.
Hur mycket ventilation behöver du? Detta är ytterligare ett område som beror på ditt klimat och växthusets utformning. Vi ger några tumregler i The Year-Round Solar Greenhouse.
Ovanstående är de allmänna principerna för passiv solväxthusdesign. Det är dock viktigt att inse att ett solväxthus bör skräddarsys för det lokala klimatet. Ett växthus i Maine kommer att kräva mer isolering och andra glasmaterial än ett i Texas. Av den anledningen rekommenderar vi och få rekommendationer från proffs eller erfarna odlare i ditt område när du skapar din design. Facebook-gruppen Year-Round Greenhouse Growers är ett bra ställe att börja.
Lindsey Schiller är växthusdesigner och medgrundare av Ceres Greenhouse Solutions, som forskar om, designar och bygger energieffektiva växthus för året runt. Hon är också medförfattare, tillsammans med Marc Plinke, till The Year-Round Solar Greenhouse:
Alla bloggare i MOTHER EARTH NEWS community har gått med på att följa våra bästa metoder för bloggande, och de är ansvariga för att deras inlägg är korrekta. Om du vill veta mer om författaren till det här inlägget klickar du på länken byline högst upp på sidan.