Szklarnia
Szklarnia (zwana także szklarnią lub, jeśli jest wystarczająco ogrzewana, szklarnią ) to konstrukcja ze ścianami i dachem wykonanymi głównie z przezroczystego materiału , takiego jak szkło, w której uprawia się rośliny wymagające regulowanych warunków klimatycznych. Struktury te różnią się wielkością od małych szop po budynki przemysłowe. Miniaturowa szklarnia jest znana jako zimna rama . Wnętrze szklarni wystawionej na działanie promieni słonecznych staje się znacznie cieplejsze niż temperatura zewnętrzna, chroniąc jej zawartość w niskich temperaturach.
Wiele komercyjnych szklanych szklarni lub szklarni to zaawansowane technologicznie urządzenia do produkcji warzyw, kwiatów lub owoców. Szklane szklarnie są wypełnione sprzętem, w tym instalacjami przesiewającymi, ogrzewaniem, chłodzeniem i oświetleniem, i mogą być sterowane komputerowo w celu optymalizacji warunków wzrostu roślin. Następnie stosuje się różne techniki zarządzania warunkami wzrostu, w tym temperaturą powietrza, wilgotnością względną i deficytem prężności pary , w celu zapewnienia optymalnych warunków do uprawy określonej rośliny.
Historia
Pomysł uprawy roślin na obszarach kontrolowanych ekologicznie istnieje od czasów rzymskich . Cesarz rzymski Tyberiusz codziennie jadł warzywo podobne do ogórka . Rzymscy ogrodnicy stosowali sztuczne metody uprawy (podobne do systemu szklarniowego), aby mieć je na swoim stole każdego dnia w roku. Ogórki sadzone były na wózkach na kółkach, które codziennie wystawiano na słońce, a następnie wnoszono do środka, aby ogrzały je w nocy. Ogórki przechowywano pod ramami lub w ogórkach oszklonych albo olejowaną tkaniną zwaną specularią , albo prześcieradłami selenit (aka lapis specularis ), zgodnie z opisem Pliniusza Starszego .
Pierwszy opis ogrzewanej szklarni pochodzi z Sanga Yorok , traktatu o hodowli, opracowanego przez królewskiego lekarza z dynastii Joseon w Korei w latach pięćdziesiątych XV wieku, w rozdziale dotyczącym uprawy warzyw zimą. Traktat zawiera szczegółowe instrukcje dotyczące budowy szklarni, w której można uprawiać warzywa, zmuszać kwiaty i dojrzewać owoce w sztucznie ogrzewanym środowisku, wykorzystując ondol , tradycyjny koreański system ogrzewania podłogowego, w celu utrzymania ciepła i wilgotności; ściany kolby zatrzymujące ciepło; i półtransparentny olejowany hanji , aby umożliwić przenikanie światła dla wzrostu roślin i zapewnić ochronę przed środowiskiem zewnętrznym. Kroniki dynastii Joseon potwierdzają, że podobne do szklarni konstrukcje zawierające ondol zostały zbudowane w celu zapewnienia ciepła drzewom mandarynki zimą 1438 roku.
Koncepcja szklarni pojawiła się również w Holandii , a następnie w Anglii w XVII wieku wraz z roślinami. Niektóre z tych wczesnych prób wymagały ogromnych nakładów pracy, aby zamknąć je na noc lub zimować. W tych wczesnych szklarniach występowały poważne problemy z zapewnieniem odpowiedniego i zrównoważonego ciepła. Pierwsza „piecowa” (ogrzewana) szklarnia w Wielkiej Brytanii została ukończona w Chelsea Physic Garden w 1681 roku. Obecnie w Holandii znajduje się wiele największych szklarni na świecie, niektóre z nich są tak ogromne, że są w stanie wyprodukować miliony warzyw każdego dnia. rok.
Eksperymenty z projektowaniem szklarni kontynuowano w XVII wieku w Europie, gdy technologia produkowała lepsze szkło i poprawiały się techniki budowlane. Szklarnia w Pałacu Wersalskim była przykładem ich wielkości i kunsztu; miał ponad 150 metrów (490 stóp) długości, 13 metrów (43 stóp) szerokości i 14 metrów (46 stóp) wysokości.
Francuski botanik Charles Lucien Bonaparte jest często uznawany za twórcę pierwszej praktycznej nowoczesnej szklarni w Leiden w Holandii w XIX wieku do uprawy leczniczych roślin tropikalnych. Pierwotnie tylko w posiadłościach bogatych, rozwój botaniki spowodował rozprzestrzenienie się szklarni na uniwersytety. Francuzi nazywali swoje pierwsze szklarnie oranżeriami , ponieważ służyły do ochrony drzewek pomarańczowych przed zamarznięciem. Gdy ananasy stały się popularne, zbudowano sosny lub doły ananasowe .
19 wiek
Złota era szklarni miała miejsce w Anglii w epoce wiktoriańskiej, gdzie zbudowano największe dotychczas wymyślone szklarnie; takie, które miały odpowiednią wysokość dla dużych drzew, często nazywano palmiarniami . Znajdowały się one zwykle w publicznych ogrodach i parkach. Były to etapy rozwoju XIX-wiecznej architektury ze szkła i żelaza, która była szeroko stosowana również na dworcach kolejowych, targach, halach wystawowych i innych dużych obiektach wymagających dużej i otwartej przestrzeni wewnętrznej. Jeden z najwcześniejszych przykładów palmiarni znajduje się w ogrodach botanicznych w Belfaście . Zaprojektowany przez Charlesa Lanyona , budynek został ukończony w 1840 r. Został zbudowany przez hutnika Richarda Turnera , który później zbudował palmiarnię Kew Gardens w Royal Botanic Gardens w Kew w Londynie w 1848 r. Nastąpiło to wkrótce po Chatsworth Great Conservatory ( 1837-40) i na krótko przed The Crystal Palace (1851), oba zaprojektowane przez Josepha Paxtona i oba teraz zaginione.
Inne duże szklarnie zbudowane w XIX wieku to nowojorski Crystal Palace , monachijski Glaspalast i Royal Greenhouses of Laeken ( 1874–1895 ) dla króla Belgii Leopolda II . W Japonii pierwszą szklarnię zbudował w 1880 roku Samuel Cocking , brytyjski kupiec, który eksportował zioła .
XX wiek
W XX wieku do wielu typów szklarni dodano kopułę geodezyjną . Godnymi uwagi przykładami są Projekt Eden w Kornwalii , Instytut Rodale w Pensylwanii, Climatron w Ogrodzie Botanicznym Missouri w St. Louis w stanie Missouri oraz Toyota Motor Manufacturing Kentucky . Piramida to kolejny popularny kształt dużych, wysokich szklarni; Konserwatorium Muttart w Albercie znajduje się kilka piramidalnych szklarni (ok. 1976).
Konstrukcje szklarniowe zaadaptowano w latach 60. XX wieku, kiedy szersze arkusze folii polietylenowej (polietylenowej) stały się powszechnie dostępne. Domy z obręczy zostały wykonane przez kilka firm, a także często przez samych hodowców. Zbudowany z aluminiowych profili, specjalnych ocynkowanych rur stalowych, a nawet tylko odcinków rur stalowych lub PCV, koszty budowy zostały znacznie obniżone. Spowodowało to budowę znacznie większej liczby szklarni w mniejszych gospodarstwach i centrach ogrodniczych. Trwałość folii polietylenowej znacznie wzrosła, gdy w latach 70. opracowano i dodano bardziej skuteczne inhibitory UV; wydłużyły one żywotność folii z jednego lub dwóch lat do trzech, a ostatecznie czterech lub więcej lat.
Szklarnie połączone z rynnami stały się bardziej rozpowszechnione w latach 80. i 90. XX wieku. Te szklarnie mają dwie lub więcej przęseł połączonych wspólną ścianą lub rzędem słupków wsporczych. Wejścia grzewcze zostały zmniejszone, ponieważ stosunek powierzchni podłogi do powierzchni ścian zewnętrznych został znacznie zwiększony. Szklarnie połączone z rynnami są obecnie powszechnie stosowane zarówno w produkcji, jak iw sytuacjach, gdy rośliny są uprawiane i sprzedawane publicznie. Szklarnie połączone z rynnami są zwykle pokryte strukturalnymi materiałami poliwęglanowymi lub podwójną warstwą folii polietylenowej z wdmuchiwanym powietrzem, aby zapewnić zwiększoną wydajność ogrzewania.
Teoria operacji
Wyższa temperatura w szklarni występuje, ponieważ padające promieniowanie słoneczne przechodzi przez przezroczysty dach i ściany i jest pochłaniane przez podłogę, ziemię i zawartość, które stają się cieplejsze. Te z kolei ogrzewają otaczające powietrze w szklarni. Ponieważ konstrukcja nie jest otwarta na atmosferę, ogrzane powietrze nie może uciec przez konwekcję z powodu obecności dachu i ścian, więc temperatura wewnątrz szklarni wzrasta.
Różni się to od teorii zorientowanej na Ziemię, znanej jako „ efekt cieplarniany ”, który polega na zmniejszeniu utraty ciepła planety przez promieniowanie.
Badania ilościowe sugerują, że efekt chłodzenia promieniowaniem podczerwonym nie jest pomijalnie mały i może mieć implikacje ekonomiczne w ogrzewanej szklarni. Analiza zagadnień związanych z promieniowaniem bliskiej podczerwieni w szklarni z ekranami o wysokim współczynniku odbicia wykazała, że montaż takich ekranów zmniejsza zapotrzebowanie na ciepło o około 8% i zasugerowano zastosowanie barwników na powierzchniach przezroczystych. Kompozytowe szkło mniej odblaskowe lub mniej skuteczne, ale tańsze zwykłe szkło z powłoką antyrefleksyjną również przyniosło oszczędności.
Wentylacja
Wentylacja jest jednym z najważniejszych elementów udanej szklarni. Jeśli nie ma odpowiedniej wentylacji, szklarnie i rosnące w nich rośliny mogą stać się podatne na problemy. Głównym celem wentylacji jest regulacja temperatury i wilgotności do optymalnego poziomu oraz zapewnienie ruchu powietrza, a tym samym zapobieganie gromadzeniu się patogenów roślin (takich jak Botrytis cinerea ), które preferują spokojne powietrze. Wentylacja zapewnia również dopływ świeżego powietrza do fotosyntezy i oddychania roślin oraz może umożliwiać dostęp ważnych owadów zapylających do upraw szklarniowych.
Wentylację można osiągnąć za pomocą otworów wentylacyjnych – często sterowanych automatycznie przez komputer – oraz wentylatorów recyrkulacyjnych.
Ogrzewanie
Ogrzewanie lub elektryczność to jedne z najbardziej znaczących kosztów eksploatacji szklarni na całym świecie, zwłaszcza w chłodniejszym klimacie. Głównym problemem związanym z ogrzewaniem szklarni, w przeciwieństwie do budynku, który ma solidne, nieprzezroczyste ściany, jest ilość ciepła traconego przez pokrycie szklarni. Ponieważ pokrycia muszą przepuszczać światło do konstrukcji, nie mogą one izolować bardzo dobrze. W przypadku tradycyjnych plastikowych pokryć szklarniowych o wartości R wynoszącej około 2, wydaje się zatem ogromne pieniądze na ciągłe uzupełnianie utraconego ciepła. Większość szklarni, gdy potrzebne jest dodatkowe ciepło, wykorzystuje gaz ziemny lub piece elektryczne .
Istnieją pasywne metody ogrzewania, które poszukują ciepła przy niskim poborze energii. Energia słoneczna może być pozyskiwana z okresów względnej obfitości (dzień/lato) i uwalniana w celu podniesienia temperatury w chłodniejszych okresach (noc/zima). Ciepło odpadowe pochodzące od zwierząt gospodarskich można również wykorzystać do ogrzewania szklarni, np. umieszczenie kurnika w szklarni pozwala odzyskać ciepło wytwarzane przez kurczaki, które w przeciwnym razie zostałoby zmarnowane. [ potrzebne źródło ] Niektóre szklarnie polegają również na ogrzewaniu geotermalnym .
Chłodzenie
Chłodzenie zwykle odbywa się poprzez otwieranie okien w szklarni, gdy robi się zbyt ciepło dla roślin w niej przebywających. Można to zrobić ręcznie lub w sposób zautomatyzowany. Siłowniki okienne mogą otwierać okna pod wpływem różnicy temperatur lub mogą być otwierane przez sterowniki elektroniczne . Do monitorowania temperatury i dostosowania pracy pieca do panujących warunków często stosuje się regulatory elektroniczne. Może to być tak proste, jak podstawowy termostat, ale może być bardziej skomplikowane w przypadku większych szklarni.
W bardzo gorących sytuacjach można zastosować zacieniony dom zapewniający chłodzenie za pomocą cienia.
Oświetlenie
W ciągu dnia światło wpada do szklarni przez okna i jest wykorzystywane przez rośliny. Niektóre szklarnie są również wyposażone w światła do uprawy (często diody LED), które są włączane w nocy, aby zwiększyć ilość światła otrzymywanego przez rośliny, zwiększając w ten sposób plon niektórych upraw.
Wzbogacanie dwutlenkiem węgla
Korzyści ze wzbogacania dwutlenku węgla do około 1100 części na milion w uprawach szklarniowych w celu zwiększenia wzrostu roślin są znane od prawie 100 lat. Po opracowaniu urządzeń do kontrolowanego seryjnego wzbogacania dwutlenkiem węgla, technika ta została na szeroką skalę ugruntowana w Holandii. Metabolity wtórne, np. glikozydy nasercowe w Digitalis lanata , są produkowane w większych ilościach w uprawach szklarniowych w podwyższonej temperaturze i przy zwiększonym stężeniu dwutlenku węgla. Wzbogacanie dwutlenkiem węgla może również zmniejszyć zużycie wody w szklarniach o znaczną część, łagodząc całkowity przepływ powietrza potrzebny do dostarczenia odpowiedniej ilości węgla do wzrostu roślin, a tym samym zmniejszając ilość wody traconej w wyniku parowania. Komercyjne szklarnie są obecnie często zlokalizowane w pobliżu odpowiednich obiektów przemysłowych dla obopólnych korzyści. Na przykład szkółka Cornerways w Wielkiej Brytanii jest strategicznie zlokalizowana w pobliżu dużej rafinerii cukru, zużywając zarówno ciepło odpadowe, jak i CO 2 z rafinerii, które w innym przypadku zostałyby wypuszczone do atmosfery. Rafineria zmniejsza emisję dwutlenku węgla, podczas gdy szkółka cieszy się zwiększonymi plonami pomidorów i nie musi zapewniać własnego ogrzewania szklarni.
Wzbogacanie staje się skuteczne tylko wtedy, gdy zgodnie z prawem Liebiga dwutlenek węgla stał się czynnikiem ograniczającym . W kontrolowanej szklarni nawadnianie może być trywialne, a gleby mogą być domyślnie żyzne . W mniej kontrolowanych ogrodach i na otwartych polach rosnący poziom CO 2 zwiększa produkcję pierwotną tylko do punktu wyczerpania gleby (zakładając brak susz, powodzi lub obu), jak wykazał prima facie CO 2 poziomy nadal rosną. Ponadto eksperymenty laboratoryjne, wykresy testowe wzbogacania w węgiel w wolnym powietrzu (FACE) i pomiary terenowe zapewniają powtarzalność .
typy
W szklarniach domowych stosuje się zwykle szkło o grubości 3 mm (lub ⅛″) klasy „szkło ogrodnicze”, które jest szkłem dobrej jakości, które nie powinno zawierać pęcherzyków powietrza (które mogą powodować przypalanie liści, działając jak soczewki).
Najczęściej stosowanymi tworzywami sztucznymi są folia polietylenowa i arkusze wielowarstwowe z poliwęglanu lub szkło akrylowe PMMA .
Komercyjne szklane szklarnie to często zaawansowane technologicznie obiekty do produkcji warzyw lub kwiatów. Szklane szklarnie są wypełnione urządzeniami takimi jak instalacje przesiewowe, ogrzewanie, chłodzenie i oświetlenie oraz mogą być automatycznie sterowane przez komputer.
holenderskie światło
W Wielkiej Brytanii i innych krajach Europy Północnej tafla szkła ogrodniczego określana jako „Dutch Light” była historycznie używana jako standardowa jednostka konstrukcyjna o wymiarach 28¾ ″ x 56 ″ (ok. 730 mm x 1422 mm). Ten rozmiar zapewnia większą powierzchnię przeszkloną w porównaniu z zastosowaniem mniejszych tafli, takich jak szerokość 600 mm, zwykle stosowana w nowoczesnych projektach domowych, które następnie wymagają większej liczby ram nośnych dla danej całkowitej wielkości szklarni. Styl szklarni ze spadzistymi bokami (co skutkuje szerszą podstawą niż na wysokości okapu) i używaniem tych szyb nieprzyciętych jest również często określany jako „Dutch Light design” i zimna rama użycie pełnej lub półszybowej jako rozmiaru „holenderskiego” lub „półholenderskiego”.
Szklarnie z spektralnie selektywnymi modułami słonecznymi
Używa
Szklarnie pozwalają na większą kontrolę nad środowiskiem wzrostu roślin. W zależności od specyfikacji technicznej szklarni, kluczowe czynniki, które można kontrolować, obejmują temperaturę, poziom światła i cienia, nawadnianie , stosowanie nawozów i wilgotność powietrza . Szklarnie mogą być stosowane w celu przezwyciężenia niedociągnięć w zakresie właściwości uprawnych gruntu, takich jak krótki sezon wegetacyjny lub słaby poziom światła, a tym samym mogą poprawić produkcję żywności w środowiskach marginalnych. Domy w cieniu są używane specjalnie do zapewnienia cienia w gorącym, suchym klimacie.
Ponieważ mogą one umożliwiać uprawę niektórych roślin przez cały rok, szklarnie mają coraz większe znaczenie w zaopatrzeniu w żywność krajów położonych na dużych szerokościach geograficznych. Jeden z największych kompleksów na świecie znajduje się w Almerii w Andaluzji w Hiszpanii , gdzie szklarnie zajmują prawie 200 km 2 (49 000 akrów).
Szklarnie są często wykorzystywane do uprawy kwiatów , warzyw , owoców i sadzonek . Specjalne odmiany szklarniowe niektórych upraw, takich jak pomidory, są na ogół wykorzystywane do produkcji komercyjnej.
Wiele warzyw i kwiatów można uprawiać w szklarniach późną zimą i wczesną wiosną, a następnie przesadzać na zewnątrz, gdy robi się cieplej. Regały na tace na nasiona mogą być również używane do ustawiania tacek na nasiona w szklarni w celu późniejszego przesadzenia na zewnątrz. Hydroponika (zwłaszcza hydroponiczne ramy A ) może być wykorzystana do maksymalnego wykorzystania przestrzeni wewnętrznej podczas uprawy roślin do dojrzałych rozmiarów w szklarni.
Trzmiele mogą być wykorzystywane jako zapylacze do zapylania , ale wykorzystywano również inne rodzaje pszczół , a także sztuczne zapylanie.
Stosunkowo zamknięte środowisko szklarni ma swoje własne, unikalne wymagania w zakresie zarządzania w porównaniu z produkcją na wolnym powietrzu. Szkodniki i choroby oraz ekstremalne temperatury i wilgotność muszą być kontrolowane, a nawadnianie jest konieczne, aby zapewnić wodę. Większość szklarni używa zraszaczy lub linii kroplujących. Mogą być wymagane znaczne nakłady ciepła i światła, szczególnie w przypadku zimowej produkcji warzyw na ciepłą pogodę.
Szklarnie mają również zastosowanie poza rolnictwem . Firma GlassPoint Solar z siedzibą w Fremont w Kalifornii zamyka pola słoneczne w szklarniach, aby wytwarzać parę do odzyskiwania ropy wspomaganej energią słoneczną . Na przykład w listopadzie 2017 r. firma GlassPoint ogłosiła, że w pobliżu Bakersfield w Kalifornii opracowuje zakład odzyskiwania ropy wspomagany energią słoneczną , który wykorzystuje szklarnie do zamknięcia swoich parabolicznych koryt .
„Dom alpejski” to specjalistyczna szklarnia służąca do uprawy roślin alpejskich . Celem domu alpejskiego jest naśladowanie warunków, w jakich rosną rośliny alpejskie; szczególnie w celu zapewnienia ochrony przed wilgocią w zimie. Domy alpejskie są często nieogrzewane, ponieważ uprawiane w nich rośliny są odporne lub wymagają co najwyżej ochrony przed silnymi mrozami w zimie. Zostały zaprojektowane z myślą o doskonałej wentylacji.
Kwiaty w szklarni
Szklarnie w Almerii widziane z kosmosu
Przyjęcie
Szacuje się, że na całym świecie istnieje około dziewięciu milionów akrów szklarni.
Holandia
Holandia ma jedne z największych szklarni na świecie . Taka jest skala produkcji żywności w kraju, że w 2017 r. szklarnie zajmowały blisko 5 tys. hektarów.
Szklarnie zaczęto budować w regionie Westland w Holandii w połowie XIX wieku. Dodanie piasku do torfowisk i gleby gliniastej stworzyło żyzną glebę dla rolnictwa, a około 1850 roku uprawiano winogrona w pierwszych szklarniach, prostych szklanych konstrukcjach, których jedną ze ścian stanowiła solidna ściana. Na początku XX wieku zaczęto budować szklarnie ze wszystkich stron zbudowane ze szkła i zaczęto je ogrzewać. Pozwoliło to również na produkcję owoców i warzyw, które zwykle nie rosną na tym obszarze. Dziś Westland i okolice Aalsmeer mają najwyższą koncentrację rolnictwa szklarniowego na świecie. [ potrzebne źródło ] Westland oprócz roślin i kwiatów produkuje głównie warzywa; Aalsmeer słynie głównie z produkcji kwiatów i roślin doniczkowych. Od XX wieku obszar wokół Venlo i części Drenthe stały się również ważnymi regionami dla rolnictwa szklarniowego.
Od 2000 r. innowacje techniczne obejmują „zamkniętą szklarnię”, całkowicie zamknięty system umożliwiający hodowcy pełną kontrolę nad procesem uprawy przy mniejszym zużyciu energii. Pływające szklarnie [ wymagane wyjaśnienie ] są stosowane na obszarach wodnych kraju.
Holandia ma około 4000 przedsiębiorstw szklarniowych, które obsługują ponad 9000 hektarów szklarni i zatrudniają około 150 000 pracowników, produkując warzywa, owoce, rośliny i kwiaty o wartości 7,2 miliarda euro, z czego około 80% jest eksportowane. [ potrzebne źródło ]
Zobacz też
Cytaty
Literatura ogólna i cytowana
- Cunningham, Anne S. (2000). Kryształowe pałace: ogrody zimowe w Stanach Zjednoczonych . Princeton Architectural Press, Nowy Jork, ISBN 1-56898-242-9
- Francesco Pona : Il Paradiso de' Fiori overo Lo archetipo de' Giardini , 1622 Angelo Tamo, Werona (podręcznik ogrodnictwa z użyciem szklarni dla marki Giardino all'italiana )
- Pevsner, Mikołaj . A History of Building Types , Thames and Hudson , 1976 (wyd. 1984), ISBN 0500271747 .
- Valera, DL; Belmonte, LJ; Molina, FD; Lopez, A. (2016). Rolnictwo szklarniowe w Almerii. Kompleksowa analiza techniczno-ekonomiczna . wyd. Cajamar Caja Rural. 408 pp.
- van de Muijzenberg, Erwin WB (1980). Historia szklarnin . Wageningen, Holandia: Instytut Inżynierii Rolniczej. OCLC 7164418 .
- Vleeschouwer, Olivier de (2001). Szklarnie i ogrody zimowe . Flammarion, Paryż, ISBN 2-08-010585-X .
- Lasy, maj; Warren, Arete Swartz (1988). Szklane domy: historia szklarni, oranżerii i oranżerii . Londyn: Aurum Press. ISBN 978-0-906053-85-0 . OCLC 17108422 .
Dalsza lektura
- Bakker, JC (2006). „Aplikacje modelowe dla energooszczędnych szklarni w Holandii: projektowanie szklarni, kontrola operacyjna i systemy wspomagania decyzji” . Acta Hortic . Międzynarodowe Towarzystwo Nauk Ogrodniczych (718): 191–202. doi : 10.17660/ActaHortic.2006.718.21 . Źródło 8 października 2012 r .
- Campen, JB „Projekt szklarni: zastosowanie CFD w warunkach indonezyjskich” . Międzynarodowe Towarzystwo Nauk Ogrodniczych . Źródło 8 października 2012 r .
Linki zewnętrzne
-
Media związane ze szklarniami w Wikimedia Commons
| Biblioteki Narodowe | |
|---|---|
| Inny | |
