04/25/2024

Jardinagem

Como – e por quê – construir uma estufa solar passiva

A decisão de construir uma estufa ecológica na nossa pequena quinta na Pensilvânia foi realmente uma reflexão tardia.

O interior ensolarado de uma estufa experimental sustentável com moldura branca, janelas de vidro, solo de cogumelo e uma parede de barris de aço preto.

Minha esposa Shana e eu tínhamos acabado de comprar nosso primeiro equipamento pesado, uma minicarregadeira Caterpillar usada, e eu estava procurando um grande projeto para aprender como usá-lo.

“Talvez devêssemos construir uma estufa”, disse ela.

“Parece bom”, eu disse. “Mas as estufas precisam ser aquecidas. O propano é muito caro. Sem falar na poluição.”

'Dê uma olhada neste.' Ela inclinou o iPad para me mostrar um prédio que parecia um cruzamento entre um celeiro de vidro e um terreno do Superfund.

“O que há dentro desses tambores de aço?” Perguntei. 'Produtos químicos?'

'Não. Água fresca. Milhares de galões disso. A água aquece a estufa no inverno e a esfria no verão.”

“Não há aquecedor? Ou fãs?

“Não são necessários combustíveis fósseis. Parece bom, não?

Parecia bom. Um pouco bom demais.

“Eu não sei...” eu disse.

“Bem, acho que deveríamos construir um”, disse ela. “Você será um especialista com esse carregador quando terminar.”

E assim, fui persuadido.

Por que uma estufa?

Os invernos da Pensilvânia são longos, frios e escuros. As geadas da primavera aqui são comuns e imprevisíveis.

Uma estufa prolongaria enormemente as nossas estações de cultivo e tornaria possível fazer experiências com plantas e árvores que simplesmente não são resistentes o suficiente para o nosso clima (estamos na Zona 6b do USDA).

Nossas mentes correram com possibilidades.

Poderíamos cultivar laranjas, limões, romãs – talvez até abacates! Sem mencionar verduras e tomates variados. Pense nas saladas que comeríamos em fevereiro.

Também gostamos da ideia de criar um espaço aconchegante, iluminado e cheio de plantas para ajudar a compensar a crise do inverno.

Esta estufa ecológica era de verdade?

Eu tinha dúvidas sobre aquecer uma estufa em nosso clima com nada mais do que barris de água, mas quanto mais lia sobre o projeto e seu criador, Cord Parmenter deEstufas Inteligentes, LLC, mais comecei a acreditar.

Cord vem construindo estufas em altitudes elevadas nas Montanhas Rochosas do Colorado desde 1992. Ele já construiu dezenas delas, melhorando o projeto a cada iteração. Ele ensina as pessoas sobre eles também. Colorado College recentemente comissionadouma de suas estufas sustentáveis. As fotos daquela bela estrutura selaram o acordo para nós.

Como você construirá uma das estufas de Cord?

Para que este tipo de estufa permaneça quente durante o inverno, ela deve maximizar o ganho solar passivo e minimizar a perda de calor.

Esses dois princípios simples orientam todas as escolhas de materiais e técnicas de construção. Os barris de água são capazes de funcionar como gigantescas baterias térmicas, mas apenas se a estufa estiver devidamente localizada, cuidadosamente construída e extremamente bem isolada.

Um edifício compacto protegerá as suas árvores e plantas no inverno, mas no verão, a estufa precisa de ser ventilada como qualquer outra. Mantendo o tema da sustentabilidade, a Cord desenvolveu uma forma de as aberturas de ventilação da estufa abrirem e fecharem à medida que a temperatura sobe e desce – sem ter que depender de motores elétricos.

O exterior de uma estufa sustentável com janelas de vidro, aberturas de ventilação, revestimento de metal vermelho e placas de policarbonato em parte do telhado.

Quanto mais aprendíamos sobre essa estufa maluca que se aquecia e resfriava sozinha sem queimar uma gota de combustível ou usar um watt de eletricidade, mais intrigados ficávamos.

Mas a perspectiva de construí-lo era assustadora.

Sou um inveterado faz-você-mesmo e tenho bastante experiência em construção, mas se quiséssemos construir uma estrutura tão complicada do zero, precisávamos de um conjunto detalhado de planos.Felizmente, Cord os vende. Ele também está disponível por telefone ou e-mail caso surja alguma dúvida durante sua construção.

Como instalar uma estufa para obter o máximo ganho solar no inverno

A localização adequada da estufa é extremamente importante. Para aproveitar ao máximo o ângulo do sol de inverno, a parede de vidro deve estar voltada para o sul verdadeiro, em oposição ao sul magnético. As janelas e o telhado translúcido da estufa não podem ficar à sombra de edifícios ou árvores.

O acesso à água e à eletricidade também são considerações importantes no local, especialmente se você quiser regar suas plantas facilmente e ter luzes no teto ou talvez um termômetro com acesso à Internet.

Já havíamos identificado um local em nossa propriedade para a nova estufa. Quando os planos chegaram de Cord, eu já havia limpado o terreno; drenagem estabelecida; e criou um grande nível para o edifício. Eu também retirei a camada superficial do solo e reservei para usar mais tarde.

Foi um curso intensivo sobre como usar um carregador!

Local limpo para uma estufa, um tanto lamacento, com um celeiro vermelho ao fundo e árvores nuas.

Então chegou a hora de projetar o prédio. Para encontrar o verdadeiro sul, baixei um aplicativo de bússola no meu telefone e usei esteSite da NOAApara calcular o ajuste de declinação para nossa latitude e longitude.

Onde vivemos, o ajuste de declinação é de 11˚ oeste, então o sul verdadeiro para nós está em 191˚ na bússola, em oposição a 180˚ para o sul magnético.

Depois que a parede de vidro da estufa foi disposta em 191˚, o restante das paredes foi colocado em ângulo reto entre si, da maneira usual.

A forma de concreto funciona para uma estufa sustentável, com formas de madeira dispostas em um quadrado e um celeiro vermelho ao fundo.

Uma base quente e sólida

Acertar a fundação é crucial para qualquer estrutura, mas especialmente para este projeto de estufa específico. Cord fornece desenhos para dois tipos diferentes de fundações: uma parede de blocos tradicional assente sobre um rodapé de concreto; ou o que ele chama de fundação de “pilar e viga”, que envolve uma única concretagem monolítica que cria uma fundação de pilares e vigas interconectados.

A fundação de concreto, recentemente lançada, de uma estufa sustentável, com solo descoberto em seu interior e um celeiro vermelho ao fundo.

Por que uma base tão forte?

Um único tambor de aço de 55 galões cheio de água pode pesar quase 500 libras. Multiplique isso por sessenta e três, o número de barris usados ​​no projeto da estufa “Walden” de Cord, e você terá uma pilha de barris de três metros de altura que pesam coletivamente mais de 30.000 libras, ou quinze toneladas.

Este não é o momento de economizar em concreto e vergalhões!

Quer sua fundação seja um bloco de concreto ou um pilar e viga, você precisará isolá-la com painéis rígidos de isopor de 2 ”de espessura ou equivalente. Manter afastado o frio acima e abaixo do solo é uma prioridade máxima.

A base completa e isolada de uma estufa sustentável. O isolamento é azul. Há um celeiro vermelho ao fundo, bem como uma minicarregadeira Caterpillar amarela.

Enquadramento, pintura, calafetagem e flashing

As estufas tendem a ser locais extremamente úmidos. Em vez de usar madeira tratada sob pressão, que pode introduzir venenos no solo, o projeto de Cord exige madeira de estrutura comum, mas preparada e pintada com pelo menos duas camadas de tinta externa de alta qualidade. Cada junta da estrutura é calafetada.

Uma estufa sustentável parcialmente enquadrada. A moldura é pintada de branco. Uma parte do isolamento azul da fundação é visível. Uma escada de alumínio está apoiada na moldura.

A placa de madeira sob as aberturas de ventilação inferiores é especialmente vulnerável à umidade, tanto na forma de chuva que entra enquanto as aberturas de ventilação estão abertas quanto pela condensação que escorre pelo interior da parede da janela. Assim, o peitoril fica revestido de metal reluzente.

A parede traseira da estufa; metade das paredes laterais; e o teto sobre os barris é totalmente isolado, seja com mantas de fibra de vidro; com o chamado “Ecofoil”, que é essencialmente um plástico-bolha revestido com papel alumínio; ou com ambos.

O revestimento de papel kraft marrom das mantas de isolamento de fibra de vidro é visível entre os membros da estrutura da estufa sustentável.

Esses espaços isolados precisam ser protegidos da umidade, portanto, o material do revestimento interno precisa ser à prova d'água e todas as juntas devem ser cuidadosamente calafetadas. Nós costumavamosTapume vertical HardiePanel, que são placas cimentícias finas de 4' x 8', nas paredes internas.

Um telhado incomum e uma parede de janelas ainda mais estranha

Uma vista da moldura branca da parede sul da janela da estufa sustentável. Painéis de policarbonato branco são visíveis no telhado, juntamente com coberturas metálicas cinza.

Cord especifica dois tipos diferentes de painéis de policarbonato para estufa: um tipo para a parte translúcida do telhado e outro tipo para as paredes. O telhado recebe “painéis difusos Softlite”, que protegem suas plantas contra queimaduras. As paredes recebem painéis transparentes para maximizar o efeito do sol de inverno.

Um dos aspectos mais desafiadores tecnicamente da construção acabou sendo a parede de vidro inclinada voltada para o sul. Você poderia usar placas de policarbonato em todo o vão, mas gostamos da aparência das janelas de vidro da estufa do Colorado College, então optamos por gastar o dinheiro extra.

Vista da parede sul da janela da estufa sustentável, com duas unidades de painel de vidro instaladas e com algum revestimento de metal vermelho visível.

As próprias unidades de janela com vidros duplos são bastante caras e exigem todos os tipos de espaçadores, selantes e cintas metálicas personalizadas. Adoramos a aparência deles, principalmente a vista de dentro da estufa. Mas tivemos alguns problemas com algumas unidades perdendo a vedação e embaçando.

Vista da parede sul da estufa sustentável com a maioria dos painéis de vidro instalados. O revestimento de metal vermelho na extremidade oeste do frontão é visível.

Na primeira vez que isso aconteceu, liguei para os fabricantes de vidro que fabricaram as unidades para vermos sobre uma substituição na garantia.

Foi então que descobri que montar as unidades num ângulo – por exemplo, na parede sul da nossa estufa – anulava a garantia.

Os fabricantes trabalharam um pouco conosco na substituição, mas você pode querer encontrar uma vidraria que esteja disposta a garantir suas unidades para esta aplicação.

Ventiladores de estufa que não usam eletricidade

Não há nada mais espantoso do que observar a nossa estufa “respirar” sozinha ao longo de um dia quente – sabendo que as suas aberturas de ventilação se abrem e fecham sem a ajuda de combustíveis fósseis.

Um close do sistema de ventilação experimental de estufas sustentáveis. As aberturas ficam abertas no calor do dia. Algumas plantas verdes são visíveis dentro da estufa.Uma vista da parte traseira da estufa sustentável mostrando um alpendre traseiro com colunas de madeira marrom, as aberturas experimentais perto da cumeeira do telhado, que são vermelhas, e o revestimento de metal vermelho na parte de trás da estufa e na extremidade leste do frontão.

Isto é conseguido de duas maneiras: fabricando os dois conjuntos de respiradouros, baixo e alto, com materiais especiais; e usando abridores de ventilação automáticos chamados “Gigaventos.”

Os abridores Gigavent usam as propriedades hidráulicas da cera para abrir e fechar as aberturas da estufa.

Quando a temperatura ambiente na estufa aumenta, a cera dentro do Gigavent derrete e gera pressão hidráulica. Essa pressão é o que abre a ventilação. Quando a estufa esfria, a cera endurece, a pressão hidráulica é aliviada e as aberturas fecham lentamente.

Um close do abridor de ventilação experimental chamado Gigavent, com um cilindro preto estriado montado em finas mandíbulas de aço.

Definitivamente, há uma curva de aprendizado para instalar e usar Gigavents. Cord é uma fonte de conhecimento sobre esses dispositivos. Ele também desenvolveu hardware que amplia o alcance de abertura dos Gigavents, dando a você mais flexibilidade para controlar suas aberturas em diferentes estações.

Uma vista do teto com moldura branca da estufa sustentável com uma fileira de aberturas de ventilação experimentais e uma fileira de barris de aço preto visíveis.

Compramos dele um conjunto desse hardware – que ele personalizou para nossa estufa – e achamos bastante útil.

Uma vista do interior ensolarado da estufa sustentável, com solo liso e marrom em forma de cogumelo visível, uma parede de tambores pretos de 55 galões e várias árvores cítricas verdes jovens que foram plantadas recentemente.

Solo alterado até onde a vista alcança

Uma das nossas características favoritas deste design é a falta de piso artificial. Cada centímetro quadrado da estufa está repleto de solo superficial corrigido, o que significa que podemos cultivar árvores e plantas onde quisermos.

Mencionei anteriormente que havia removido a camada superficial do solo quando estava preparando o local. Com a ajuda de nossa carregadeira, misturei a camada superficial do solo com mais quarenta metros cúbicos de solo orgânico de cogumelos.

Depois que a fundação foi colocada, carreguei o solo de volta dentro do perímetro de concreto e nivelei tudo.

Algumas das árvores que plantámos – em particular as árvores cítricas – necessitaram de mais correcções do solo. Mas a combinação do solo superficial da Pensilvânia e do solo enriquecido com cogumelos provou ser um excelente ponto de partida.

Comodidades para a estufa: água, energia e um termômetro pronto para Internet

Colocamos um cano de água de PVC flexível de uma polegada de um tee em um cano que abastece um celeiro próximo. As linhas de água aqui têm que ser enterradas abaixo da linha de geada, o que envolveu valas profundas o suficiente para nos colocar sob a fundação da estufa. Terminamos a linha de água em umhidrante sem gelo, embora a temperatura na estufa nunca deva ficar abaixo de zero.

Um hidrante vermelho brilhante com uma mangueira verde anexada, próximo a um abridor de ventilação experimental

Acontece que gostamos da altura desses hidrantes. Pensamos muito em envelhecer no lugar, e qualquer oportunidade de evitar agachar-se ou curvar-se é bem-vinda.

Embora o objetivo da estufa fosse evitar o uso de combustíveis fósseis, decidimos colocar dois circuitos de 20 A no celeiro, principalmente para iluminação, mas também para nos dar opções caso precisássemos conectar algo.

Toda a fiação que usamos na estufa é do tipo “enterro direto”, o que significa que seu revestimento é espesso e impermeável. Isso tornou a fiação um pouco mais difícil – estou falando aqui como eletricista-chefe – mas gostei da ideia de proteção extra contra a umidade extrema dentro da estrutura. Escolhemos serviço pesadoluminárias de teto de nível externopela mesma razão.

Um sensor remoto de temperatura em forma de cubo azul, próximo a um dispositivo de gateway wi-fi que também é cúbico, mas um pouco maior, e que possui uma antena curta e torta.

Estávamos muito interessados ​​em monitorar remotamente os níveis de temperatura e umidade na estufa. OTermômetro sem fio SensorPushprovou ser sólido como uma rocha.

Como o próprio termômetro precisa se comunicar com a Internet para ser útil além do alcance do Bluetooth, emparelhamos o termômetro com umGateway Wi-Fi SensorPush. O alcance do Gateway é excelente. Ele é capaz de se conectar ao roteador wi-fi da nossa casa a mais de 36 metros de distância.

Depois de tudo isso, nossa estufa sustentável realmente funciona?

Começamos a monitorar a temperatura da estufa assim que terminamos de construí-la, em julho passado. De acordo com o aplicativo SensorPush, o pico de temperatura do verão na estufa foi de 98,5˚Fahrenheit (36,9˚C).

Uma cena de inverno em frente à estufa sustentável com um enorme monte de neve. Uma minicarregadeira Caterpillar amarela limpou a neve ao longo da maior parte da parede sul da estufa. Há um celeiro vermelho brilhante ao fundo.

Agora, para a baixa do inverno… a estufa estava mais fria no final de dezembro, como seria de esperar, num dos dias mais curtos do ano. Lá fora, a temperatura caiu para 0˚F (-18˚C).

No interior, a temperatura desceu para 36,5˚ – mas não menos.

Nossas árvores cítricas sobreviveram ao inverno e estão prosperando.

Um close de alguns galhos verdes de um limoeiro Meyer saudável com três limões verdes totalmente formados. Ao fundo é visível a parede de tambores pretos de 55 galões.Uma única flor de romã vermelha brilhante está pendurada em frente à parede de tambores pretos de 55 galões. Também é visível uma fileira de plantadores de terracota de plástico com pequenas árvores frutíferas verdes propagadas.Uma única laranja Cara Cara verde brilhante, aninhada entre grandes folhas verdes, em frente à parede de tambores pretos de 55 galões. Há também uma rede de plantas verdes e um tomateiro visível ao fundo.

A nossa estufa sustentável é tudo o que esperávamos que fosse: um jardim produtivo durante todo o ano e um antídoto muito alegre para o inverno.

Agora só temos que lidar com os pulgões que se instalaram.

Eles parecem gostar do lugar tanto quanto nós.

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