Конвективная теплопередача

В течение дня растения поглощают солнечную энергию. В лесу большое количество такой энергии поглощается лиственным покровом, при этом окружающий воздух нагревается и поднимается вверх. Холодный воздух затягивается в лес, который остается прохладным в течение всего дня. Ночью этот процесс протекает в обратном направлении, когда воздух более теплый, чем температура внешнего пространства, вытекает из леса. Лес изолирован густым шатром из листьев, и поэтому поток воздуха перемещается по краям. Если пойти ночью в лес, то можно заметить разницу в температуре по сравнению с окружающим воздухом (рис. 2.12).

Рисунок 2.12Днем в лесу значительно прохладнее, чем за его пределами, а ночью наоборот — теплее.

Тень

Блокируемый солнечный свет оказывает существенное влияние на микроклимат. Участок голой почвы может потерять до 20% своей первоначальной температуры, после того как окажется в тени. Листья имеют в 3 - 6 раз (в зависимости от густоты листвы) большую площадь, поглощающую энергию, нежели полотняный тент. Деревья с густой листвой задерживают до 75 - 90% солнечной энергии, тогда как редкая листва позволяет проникать сквозь себя большей части света. Деревья с пушистой листвой и те, у которых она окрашена в темный цвет, поглощают свет, а следовательно, и тепло. Блестящая, светлоокрашенная листва, наоборот, отражает солнечный свет.

Те, кто занимается дизайном, могут использовать вышеприведенную информацию для того, чтобы размещать соответствующие растения в нужном месте. К примеру, в тех регионах, где послеполуденное солнце является проблемой, густое растительное ограждение, посаженное с западной стороны от дома, не только обеспечивает тень, но также защищает от западного ветра в зимнее время. В противоположность этому, деревья с редким лиственным покровом, посаженные на восточной или солнечной стороне, защищают от солнечных лучей летом, но пропускают их зимой. Деревья, которые сбрасывают листву, функционируют по тому же принципу, но только в зимнее время. Форма лиственного купола взрослых деревьев также должна приниматься в расчет, будь она круглой, овальной, пирамидальной или колонообразной, так как тень, которая отбрасывается при этом, будет также иметь определенную форму (рис. 2.13).

Рисунок 2.13Листопадные деревья обеспечивают тень в зависимости от времени года (А). Разные виды деревьев отбрасывают различную по форме тень (Б).

Для того чтобы воспользоваться преимуществом, которое дает отраженный от листвы свет, вокруг дома дугой можно высадить деревья со светлыми листьями, вроде серебристого тополя. Если такая дуга обращена к солнцу, то отраженное от блестящих листьев тепло будет концентрироваться внутри нее, делая эту область более теплой по сравнению с другими (рис. 2.14). Подобные ловушки для солнечного света можно также применять на склонах, где растительный барьер будет задерживать тепло, поднимающееся вверх. Дугообразная форма позволит холодному воздуху, спускающемуся вниз, огибать препятствия и таким образом свести к минимуму ущерб, приносимый заморозками. Дополнительно такие посадки, в зависимости от направления ветра, помогают отклонять холодные потоки воздуха в сторону от дома или поля.

Рисунок 2.14Применение различных форм солнечных ловушек для поля и жилых построек

Ветер

Ветроломы традиционно использовались для того, чтобы защищать дома, домашний скот и урожай от ветра, и они являются одним из наиболее эффективных способов контроля за микроклиматом. Среди преимуществ ветроломов можно отметить, что:

♦ Ветроломы помогают снизить скорость ветра и эрозию почвы.

♦ Защищают чувствительные к ветру растения, такие, как киви.

♦ Уменьшают потери урожая, происходящие за счет стряхивания ветром на землю зерен и семян.

♦ Влияют на температуру воздуха и почвы (в защищенном месте температура почвы может быть на несколько градусов выше).

♦ Увеличивают количество влаги, благодаря образованию росы на листве.

♦ Уменьшают смертность животных во время холодов.

♦ Улучшают самочувствие животных в жаркое время.

♦ Уменьшают потребности домашних животных в корме, если они могут есть листву тех деревьев, из которых устроен ветролом.

♦ Обеспечивают ферму древесным материалом (старые ветроломы).

♦ Расширяют жизненное пространство для насекомоядных птиц.

♦ Улучшают условия для жизни и работы вокруг дома и на ферме.

♦ Являются источником нектара для пчел и улучшают условия для опыления урожая (меньше ветра, затрудняющего перемещение пчел).

Форма ветролома зависит в значительной степени от самого участка, от культур, присутствующих на нем, а также от климатических условий. Рисунок 2.15 показывает некоторые возможные типы ветроломов.

Рисунок 2.15Формы ветроломов. Универсального типа не существует, в каждом конкретном случае необходим подбор соответствующего ветролома в зависимости от ландшафта, климатических условий и вида выращиваемой культуры. А. для мест, расположенных на возвышенностях; Б. для высоких вьющихся культур; В. побережье; Г. поле; Д1. пустыня; Д2. сад в умеренном климате (Л. деревья семейства бобовых; Ф. фруктовые деревья; Е. хвойные виды в качестве ветролома)

Плотные и проницаемые ветроломы используются для различных целей. Плотный ветролом обеспечивает наибольшую защиту на расстоянии 2-5 высот деревьев, образующих его (рис. 2.15в). Тем не менее степень этой защиты быстро уменьшается с удалением от линии деревьев, вследствие образования зоны отрицательного давления, которое тянет воздух назад. Такая разница в давлении также оказывает отрицательное влияние на почву, высушивая ее. С другой стороны, проницаемый ветролом (рис. 2.15г) позволяет ветру проходить сквозь себя, и хотя начальная защита не столь велика, как у плотного ветролома, все же она простирается на большее расстояние (25 - 30 высот деревьев, образующих ветролом). Рисунки 2.16, 7 - 9 показывают эффективные типы ветроломов для интенсивного культивирования, а рисунки 2.16, 1 - 6 иллюстрируют неудачные варианты.

Ввиду того что ветроломы могут исполнять и другие важные функции, необходимо проанализировать характеристики присущие составляющим их деревьям. Практически любое дерево может обеспечивать защиту от ветра (если, конечно, оно само по себе не является чувствительным к ветру), укрытие для домашних животных и уединение для людей. Что еще можно извлечь из этого? Некоторые виды (ольха, бобовые) повышают уровень содержания азота в почве, могут быть использованы как горючий материал (ива, эвкалипт), годятся в корм домашним животным (копрозма, левкена, ива), дают нектар (эвкалипт), дают плоды, которые могут быть использованы в качестве пищи для животных и людей (дуб, каштан), сдерживают распространение огня (копрозма, австралийская акация), а также могут быть полезными для контроля над эрозией почвы (деревья с развитой корневой системой, такие, как ива и тополь).

Рисунок 2.16НЕЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ВЕТРОЛОМОВ: 1)чрезмерная ширина; 2)нижние ветви засохли, срезаны или обгладываются животными — ветер проникает снизу; 3) скорость ветра увеличивается при прохождении через брешь (эффект Вентури); 4)недостаточная протяженность; 5) ветролом не расположен перпендикулярно к направлению ветра; 6)имеется всего один ряд деревьев

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ВЕТРОЛОМОВ: 7) многоярусная полупроницаемая для ветра система посадки, обеспечивающая наилучшую динамику движения воздушных масс; 8) объединение ветроломов и живых изгородей в одну систему для наиболее полной защиты от ветра там, где это необходимо (морские побережья, пустыни). Применение подобного типа нежелательно если есть возможность возникновения заморозков, и в ветроломе должны иметься бреши для высвобождения холодного воздуха; 9) Т-образная форма ветролома, обеспечивающая нормальную циркуляцию воздуха и защиту от ветра

Нужно также принимать во внимание и отрицательные аспекты использования деревьев для блокирования ветра. Некоторые виды деревьев, с мощной корневой системой, могут соперничать с другими культурами за воду и питательные вещества. Мы можем либо смириться с таким положением вещей, принимая во внимание приносимую этими деревьями пользу, либо же ежегодно подрезать их корни, не давая им развиваться чрезмерно.

Устройство ветроломов можно начать, высаживая быстрорастущие кустарники и деревья вперемежку с медленнорастущими (но долгоживущими) видами. В то время как эти деревья (обычно твердых пород) растут медленно, быстрорастущие виды обеспечивают нектаром пчел, кормом — животных, дают мульчу для огорода, а впоследствии могут использоваться как источник горючего и строительного материала. Надо отметить, что деревья, используемые для ветроломов, не будут давать большое количество плодов (так как ветер стряхнет их на землю) и поэтому на них нельзя полагаться как на надежный производитель какого-либо продукта.

При устройстве ветроломов на побережье возникают определенные трудности. Со стороны моря или океана ветер приходит, перемещаясь с огромной скоростью, неся с собой частицы соли и песка. Для того чтобы обеспечить защиту от таких ветров, нужно выбирать растительность со следующими характеристиками:

♦ жесткая кора, как у пальмы (способная противостоять ветру, несущему песок);

♦ твердый, иглообразный лиственный покров, которым обладают сосны, растущие на побережье (Araucaria), тамарикс, казуарина (чтобы противостоять высушиванию);

♦ мясистая листва, такая, как у копрозмы, агавы и Euphorbias, которая накапливает влагу.

Лучшей стратегией при выборе подходящей растительности для ветролома является тщательное наблюдение за тем, какие виды успешно выживают в данной местности. Рисунок 2.17 показывает возможную последовательность размещения растений на побережье.

Рисунок 2.17Примерная последовательность береговых посадок.