Теплицы в условиях вечной мерзлоты - особенности и нюансы
В последнее время интерес к строительству теплиц в сложных климатических условиях, таких как пустыни и вечная мерзлота, растет. Это обусловлено высоким спросом на свежие овощи и зелень в этих районах и практически полным отсутствием конкурентов. Так, одними из подобных проектов стали тепличный комплекс одной из японских компаний, построенный в Якутии и проект Miraah в ОАЭ.
Особенности теплиц в холодных регионах
Конструктивные особенности и расположение
Помимо явной финансовой привлекательности «экстремальные» тепличные комплексы могут привлечь инвесторов-экспериментаторов, заинтересованных в применении инновационных методов выращивания. Большинство теплиц, построенных в условиях практически круглогодичной зимы, особенно новаторские — в них используется особое остекление, особые конструкции, специальные схемы досветки. Также производителям приходится экспериментировать с пассивными солнечными системами отопления, альтернативными методами получения энергии чтобы сохранить высокую рентабельность теплицы — низкие платежи за электроэнергию являются залогом быстрой окупаемости и жизнеспособности теплицы. Часто в теплицах, организованных в холодном климате используется сразу две системы обогрева. Первая система отопления нагревает воздух для комфортной работы персонала и поддержания нужного микроклимата для растений, а вторая система обогревает почву и водопровод.
Что касается внешних и внутренних особенностей конструкции теплицы, то главное в ней — отсутствие любых препятствий для проникания солнечного света. Остекление в таких комплексах ориентировано на юг, угол остекления проектируется как можно ближе к перпендикуляру угла падения солнечного света в районе 21 декабря, самого короткого дня в году. Нередко теплицы, расположенные в экстремально холодном климате, не остекляются с северной стороны — вместо стекла там используется непрозрачный специальный материал для уменьшения теплопотерь.
Другой особенностью является буфер, отделяющий внутреннюю поверхность теплицы от земли. Без этого буфера выращивать что-либо в холодном климате будет трудно. Также иначе составляется расписание посадок и сбора урожая, теплица может работать как только в «зимнем», так и в «круглогодичном» режиме. Современные высокотехнологичные теплицы позволяют регулировать режимы выращивания благодаря эффективным системам изоляции и вентиляции. Однако для теплицы круглогодичного выращивания не подойдут «солнечные» способы обогрева и потребуются дополнительные вложения в строительство геотермальных тепловых насосов, так как только они (за исключением дорогого обогрева электричеством) позволят целый год обеспечивать стабильное тепло для большой тепличной площади.
По мнению многих экспертов, самым сложным при проектировании теплицы в холодных краях является проблема ее расположения относительно сторон света и остекление, которое определит эффективный угол падения солнечного света. В ряде многих зарубежных исследований отмечается, что именно неправильная ориентация к солнцу является самой большой ошибкой, совершаемой инженерами-проектировщиками. Ведь если все системы теплицы со временем можно заменить, то угол остекления и направление оконных фрамуг изменить гораздо сложнее.
В целом, производители, планирующие строительство тепличного комбината в районах вечной мерзлоты, должны ориентироваться в направлении «восток-запад»: более длинная остекленная сторона теплицы будет направлена на юг, а торцевые стены на восток и запад. Если в выбранном холодном регионе все-таки бывает достаточно теплое лето, нужно позаботится об устройстве дополнительной вентиляционной системы чтобы избежать перегревания теплицы в этот период. Чтобы максимизировать сумму солнечного света, проникающего на объект в течение года, важно изучить диаграмму солнечного пути для вашей широты и определить «солнечный юг» конкретно на выбранном участке строительства. Для того, чтобы уменьшить светопотери, шаг колонн должен быть достаточно широким, а рамы-большими. Для остекления рационально будет использовать голландские стекла со специальным покрытием, позволяющим пропускать до 95% света и избегать теплопотерь. Важно также учесть, что размещение теплицы вблизи крупных зданий или холмов может снизить эффективность производства из-за тени; стоит подумать о выборе открытого земельного участка.
Отдельно можно отметить, что необходимо сразу продумать куда будет сбрасываться отработанная вода. Чтобы решить этот вопрос, можно изучить возможность организации очистных и рециркуляционных систем а также создание аквапонического хозяйства.
Еще один момент, который не всегда приходит на ум, когда мы рассматриваем строительство теплицы в условиях вечной мерзлоты — вход на производство. Вход должен быть организован таким образом, чтобы не создавались сквозняки и холодный воздух не мог проникнуть в теплицу в большом объеме. Также все комнаты для хранения инструментов, склады, офисы и т. д. желательно спроектировать компактной и замкнутой системой. Например, в холодных районах Канады при строительстве теплиц используют эффективные методы рекуперации тепла, которые позволяют через системы внутренней вентиляции накачивать теплый воздух в упаковочную комнату и другие помещения.
Мониторинг и климат-контроль
Расположение теплицы в холодном и малосолнечном регионе требует неустанного контроля за работой всех систем. Все полученные данные о температуре, влажности, освещенности, объемах конденсата и т. д.должны тщательно записываться и анализироваться в течение 2-3 первых лет работы теплицы для того, чтобы вовремя исправить или доработать допущенные при строительстве и оснащении погрешности.
Сложный климат, в котором приходится работать, не дает единственно верных ответов на то, как лучше сформировать график посадок и сбора урожая, в каком объеме потребуется тепло или досветка и насколько интенсивно будут расти растения. Многие опытные производители, имеющие большой стаж работы в северных краях считают, что лишь спустя несколько лет наблюдений можно выработать подходящую стратегию для достижения максимального результата и комфортного уровня работы.
Благодаря современному оборудованию, включающему в себя климат-контроль, газоанализаторы и различные датчики, период времени для анализа и подбора схемы работы может быть значительно уменьшен. Нужно помнить, что большее количество собранных для анализа данных влияет на уменьшение срока окупаемости и объем потраченных денег.
Перед тем как выбрать параметры климатической установки или мощность ламп для досветки зарубежные специалисты советуют войти в контакт с уже работающими в этом районе производителями и фермерами (если таковые есть) или использовать международные форумы по обмену опытом работы чтобы получить практические советы.
С учетом непростых погодных факторов системы мониторинга в теплице на вечной мерзлоте должна работать постоянно, а также иметься «аварийная» система поддержки света, тепла и орошения.
Что выращивать на севере?
Несмотря на все технические перипетии она повестке дня любого тепличного производства остается вопрос «Что выращивать?». Решение этого вопроса зависит, в первую очередь, от размера, оснащенности производства и целевого рынка, а также приоритетов самого производителя.
Например, если основным рынком сбыта овощей и зелени станут местные рестораны, рынки и супермаркеты, то сделать упор лучше на традиционные овощи, на которые постоянно есть «внесезонный» спрос — салаты, томаты, огурцы. Современные тепличные технологии позволяют выращивать эти продукты так, что их не потребуется тщательно мыть или обрабатывать, что повысит их привлекательность для потребителей.
Иногда производитель решает расширить функции своей теплицы, сделав ее дополнительно образовательным центром или мини-биологической выставкой для школьников и садоводов-любителей. Спрос на подобные объекты в регионах с холодным климатом и ограниченными ресурсами всегда высок. В случае, если владелец готов дополнительно вложиться, можно получить небольшой экспериментальный участок, на котором будут расти экзотические фрукты или цветы. Однако специалисты предупреждают, что стоит разумно разделять выращивание «экзотики» для образовательно-развлекательных целей и для массового производства. Не стоит рисковать, ведь теплица в северных широтах это уже само по себе достаточно экзотично.
Отвечая на вопрос, можно ли построить теплицу в условиях вечной мерзлоты или заполярного круга, стоить помнить, что современные технологии позволяют построить эффективный тепличный комплекс где угодно. Однако терпения и труда, которые потребуется вложить в её стабильную работу, потребуется намного больше чем в случае со стандартными проектами. Тем не менее, именно за освоением новых земель стоит будущее сельского хозяйства.
