Li Ťien-ming, Sun Guotao atď.Skleníkové záhradnícke technológie poľnohospodárskej techniky2022-11-21 17:42 Vydané v Pekingu

V posledných rokoch sa intenzívne rozvíja skleníkový priemysel.Rozvoj skleníka nielenže zlepšuje mieru využitia pôdy a produkciu poľnohospodárskych produktov, ale rieši aj problém zásobovania ovocím a zeleninou mimo sezóny.Skleník sa však stretol aj s bezprecedentnými výzvami.Pôvodné zariadenia, spôsoby vykurovania a konštrukčné formy vytvorili odolnosť voči životnému prostrediu a vývoju.Na zmenu štruktúry skleníka sú naliehavo potrebné nové materiály a nové návrhy a na dosiahnutie cieľov úspory energie a ochrany životného prostredia a zvýšenie produkcie a príjmov sú naliehavo potrebné nové zdroje energie.

Tento článok pojednáva o téme „nová energia, nové materiály, nový dizajn, ktorý pomôže novej revolúcii skleníka“, vrátane výskumu a inovácií solárnej energie, energie biomasy, geotermálnej energie a iných nových zdrojov energie v skleníku, výskumu a aplikácie. nových materiálov na pokrytie, tepelnú izoláciu, steny a iné vybavenie a perspektívy a myslenie na novú energiu, nové materiály a nový dizajn, ktoré pomôžu pri reforme skleníka, aby boli referenciou pre priemysel.

Rozvoj podnikového poľnohospodárstva je politickou požiadavkou a nevyhnutnou voľbou na implementáciu ducha dôležitých pokynov a rozhodovania centrálnej vlády.V roku 2020 bude celková plocha chráneného poľnohospodárstva v Číne 2,8 milióna hm2 a výstupná hodnota presiahne 1 bilión juanov.Je to dôležitý spôsob, ako zlepšiť kapacitu produkcie skleníkov, aby sa zlepšilo osvetlenie skleníka a výkon tepelnej izolácie prostredníctvom novej energie, nových materiálov a nového dizajnu skleníka.Tradičná skleníková produkcia má mnoho nevýhod, ako je uhlie, vykurovací olej a iné zdroje energie používané na vykurovanie a vykurovanie v tradičných skleníkoch, výsledkom čoho je veľké množstvo oxidu uhličitého, ktorý vážne znečisťuje životné prostredie, zatiaľ čo zemný plyn, elektrická energia a iné zdroje energie zvyšujú prevádzkové náklady skleníkov.Tradičné materiály na akumuláciu tepla pre steny skleníkov sú väčšinou hlina a tehly, ktoré spotrebúvajú veľa a spôsobujú vážne škody na pôde.Účinnosť využívania pôdy tradičného solárneho skleníka so zemnou stenou je len 40 % ~ 50 % a obyčajný skleník má slabú kapacitu na akumuláciu tepla, takže v severnej Číne nemôže prežiť zimu, aby vyprodukoval teplú zeleninu.Preto jadro podpory skleníkových zmien alebo základného výskumu spočíva v navrhovaní skleníkov, výskume a vývoji nových materiálov a novej energie.Tento článok sa zameria na výskum a inováciu nových zdrojov energie v skleníku, zhrnie stav výskumu nových zdrojov energie, ako je slnečná energia, energia biomasy, geotermálna energia, veterná energia a nové priehľadné krycie materiály, tepelnoizolačné materiály a stenové materiály v skleník, analyzovať využitie novej energie a nových materiálov pri výstavbe nového skleníka a tešiť sa na ich úlohu pri budúcom vývoji a premene skleníka.

Výskum a inovácia nového energetického skleníka

Zelená nová energia s najväčším potenciálom využitia v poľnohospodárstve zahŕňa slnečnú energiu, geotermálnu energiu a energiu z biomasy alebo komplexné využitie rôznych nových zdrojov energie tak, aby sa dosiahlo efektívne využívanie energie vzájomným učením sa zo silných stránok druhej.

slnečná energia/energia

Technológia solárnej energie je nízkouhlíkový, efektívny a udržateľný spôsob dodávky energie a je dôležitou súčasťou čínskych strategických rozvíjajúcich sa priemyselných odvetví.Stane sa nevyhnutnou voľbou pre transformáciu a modernizáciu čínskej energetickej štruktúry v budúcnosti.Samotný skleník je z hľadiska využitia energie objektom na využitie slnečnej energie.Prostredníctvom skleníkového efektu sa slnečná energia zhromažďuje v interiéri, teplota skleníka sa zvyšuje a zabezpečuje sa teplo potrebné na rast plodín.Hlavným energetickým zdrojom fotosyntézy skleníkových rastlín je priame slnečné svetlo, čo je priame využitie slnečnej energie.

01 Fotovoltaická výroba elektriny na výrobu tepla

Fotovoltická výroba elektriny je technológia, ktorá priamo premieňa svetelnú energiu na elektrickú energiu na základe fotovoltaického efektu.Kľúčovým prvkom tejto technológie je solárny článok.Keď slnečná energia svieti na pole solárnych panelov v sérii alebo paralelne, polovodičové komponenty priamo premieňajú energiu slnečného žiarenia na elektrickú energiu.Fotovoltaická technológia dokáže priamo premieňať svetelnú energiu na elektrickú energiu, ukladať elektrinu prostredníctvom batérií a v noci vykurovať skleník, ale jej vysoká cena obmedzuje jej ďalší rozvoj.Výskumná skupina vyvinula fotovoltaické grafénové vykurovacie zariadenie, ktoré pozostáva z flexibilných fotovoltaických panelov, stroja na spätné ovládanie typu všetko v jednom, akumulátora a grafénovej vykurovacej tyče.Podľa dĺžky línie výsadby je grafénová vykurovacia tyč pochovaná pod vakom so substrátom.Počas dňa fotovoltaické panely absorbujú slnečné žiarenie, aby vytvorili elektrinu a uložili ju do akumulátora, a potom sa elektrina v noci uvoľní pre grafénovú vykurovaciu tyč.Pri skutočnom meraní sa používa režim regulácie teploty začínajúci pri 17 °C a zatváraní pri 19 °C.Beh v noci (20:00-08:00 na druhý deň) počas 8 hodín, spotreba energie na vykurovanie jedného radu rastlín je 1,24 kW·h a priemerná teplota vreca substrátu v noci je 19,2 ℃, čo je o 3,5 ~ 5,3 ℃ vyššie ako pri kontrole.Tento spôsob vykurovania v kombinácii s fotovoltaickou výrobou energie rieši problémy vysokej spotreby energie a vysokého znečistenia pri vykurovaní skleníkov v zime.

02 fototermálna premena a využitie

Slnečná fototermálna konverzia sa vzťahuje na použitie špeciálnej plochy na zachytávanie slnečného svetla vyrobenej z materiálov na fototermickú konverziu na zhromažďovanie a absorbovanie čo najväčšieho množstva slnečnej energie vyžarovanej na ňu a jej premenu na tepelnú energiu.V porovnaní so solárnymi fotovoltaickými aplikáciami solárne fototermické aplikácie zvyšujú absorpciu blízkeho infračerveného pásma, takže majú vyššiu energetickú účinnosť slnečného žiarenia, nižšie náklady a vyspelú technológiu a sú najpoužívanejším spôsobom využitia solárnej energie.

Najvyspelejšou technológiou fototermálnej premeny a využitia v Číne je solárny kolektor, ktorého jadrom je doskové jadro pohlcujúce teplo so selektívnym absorpčným povlakom, ktoré dokáže premeniť energiu slnečného žiarenia prechádzajúcu cez kryciu dosku na tepelnú energiu a prenášať do pracovného média absorbujúceho teplo.Solárne kolektory môžeme rozdeliť do dvoch kategórií podľa toho, či je v kolektore vákuový priestor alebo nie: ploché slnečné kolektory a vákuové trubicové solárne kolektory;koncentračné slnečné kolektory a nekoncentračné slnečné kolektory podľa toho, či slnečné žiarenie na vstupe denného osvetlenia mení smer;a kvapalinové slnečné kolektory a vzduchové slnečné kolektory podľa druhu teplonosného pracovného média.

Využitie slnečnej energie v skleníku sa uskutočňuje najmä prostredníctvom rôznych typov solárnych kolektorov.Univerzita Ibn Zor v Maroku vyvinula systém aktívneho ohrevu solárnej energie (ASHS) na otepľovanie skleníkov, ktorý môže v zime zvýšiť celkovú produkciu paradajok o 55 %.Čínska poľnohospodárska univerzita navrhla a vyvinula sústavu zberného a vypúšťacieho systému povrchového chladiča a ventilátora s kapacitou zberu tepla 390,6 až 693,0 MJ a predložila myšlienku oddelenia procesu zberu tepla od procesu akumulácie tepla pomocou tepelného čerpadla.Univerzita v Bari v Taliansku vyvinula skleníkový polygeneračný vykurovací systém, ktorý pozostáva zo solárneho energetického systému a tepelného čerpadla vzduch-voda a dokáže zvýšiť teplotu vzduchu o 3,6 % a teplotu pôdy o 92 %.Výskumná skupina vyvinula druh aktívneho solárneho zariadenia na zber tepla s premenlivým uhlom sklonu pre solárny skleník a podporné zariadenie na akumuláciu tepla pre skleníkový vodný útvar naprieč počasím.Technológia aktívneho solárneho zberu tepla s premenlivým sklonom preráža obmedzenia tradičných zariadení na zber tepla v skleníkoch, ako je obmedzená kapacita zberu tepla, tienenie a záber obrábanej pôdy.Použitím špeciálnej skleníkovej konštrukcie solárneho skleníka je plne využitý priestor skleníka bez výsadby, čo výrazne zlepšuje efektivitu využitia skleníkového priestoru.Pri typických slnečných pracovných podmienkach dosahuje systém aktívneho solárneho zberu tepla s premenlivým sklonom 1,9 MJ/(m2h), účinnosť využitia energie dosahuje 85,1 % a miera úspory energie je 77 %.V technológii akumulácie tepla v skleníku je nastavená štruktúra akumulácie tepla s viacfázovou zmenou, zvyšuje sa kapacita akumulácie tepla zariadenia na akumuláciu tepla a realizuje sa pomalé uvoľňovanie tepla zo zariadenia, aby sa dosiahlo efektívne využitie teplo zozbierané zariadením na zber solárneho tepla v skleníku.

energie z biomasy

Kombináciou zariadenia na výrobu tepla z biomasy so skleníkom sa vybuduje nová štruktúra zariadenia a suroviny z biomasy, ako je prasací hnoj, zvyšky húb a slama, sa kompostujú na varenie tepla a vytvorená tepelná energia sa priamo dodáva do skleníka [ 5].V porovnaní so skleníkom bez ohrievacej nádrže na fermentáciu biomasy môže vykurovací skleník efektívne zvýšiť teplotu zeme v skleníku a udržiavať správnu teplotu koreňov plodín pestovaných v pôde v zimnom normálnom podnebí.Ako príklad uvedieme jednovrstvový asymetrický tepelnoizolačný skleník s rozpätím 17 m a dĺžkou 30 m, pridaním 8 m poľnohospodárskeho odpadu (rajčiakovej slamy a prasacieho hnoja zmiešaného) do vnútornej fermentačnej nádrže na prirodzenú fermentáciu bez prevrátenia hromady plechovky. v zime zvýšte priemernú dennú teplotu skleníka o 4,2 ℃ a priemerná denná minimálna teplota môže dosiahnuť 4,6 ℃.

Energetické využitie biomasy riadenej fermentácie je fermentačná metóda, ktorá využíva nástroje a zariadenia na riadenie fermentačného procesu s cieľom rýchlo získať a efektívne využiť tepelnú energiu biomasy a CO2 plynové hnojivo, medzi ktorými sú ventilácia a vlhkosť kľúčovými faktormi na reguláciu fermentačného tepla. a produkciu plynu z biomasy.Vo vetraných podmienkach využívajú aeróbne mikroorganizmy vo fermentačnej halde kyslík na životnú činnosť a časť vytvorenej energie spotrebúvajú na vlastné životné aktivity a časť energie sa uvoľňuje do prostredia ako tepelná energia, čo je priaznivé pre teplotu vzostup životného prostredia.Voda sa zúčastňuje celého fermentačného procesu, poskytuje potrebné rozpustné živiny pre mikrobiálne aktivity a zároveň uvoľňuje teplo haldy vo forme pary cez vodu, aby sa znížila teplota haldy, predĺžila sa životnosť haldy. mikroorganizmov a zvyšujú objemovú teplotu haldy.Inštalácia zariadenia na lúhovanie slamy vo fermentačnej nádrži môže v zime zvýšiť vnútornú teplotu o 3 ~ 5 ℃, posilniť fotosyntézu rastlín a zvýšiť výnos paradajok o 29,6%.

Geotermálnej energie

Čína je bohatá na geotermálne zdroje.V súčasnosti je najbežnejším spôsobom využívania geotermálnej energie v poľnohospodárskych zariadeniach využitie zemného tepelného čerpadla, ktoré dokáže preniesť z nízkokvalitnej tepelnej energie na vysokokvalitnú tepelnú energiu vložením malého množstva vysokokvalitnej energie (ako napr. elektrická energia).Na rozdiel od tradičných opatrení na vykurovanie skleníkov môže vykurovanie zemným tepelným čerpadlom nielen dosiahnuť významný vykurovací efekt, ale má tiež schopnosť ochladiť skleník a znížiť vlhkosť v skleníku.Aplikačný výskum zemného tepelného čerpadla v oblasti bytovej výstavby je vyspelý.Hlavnou časťou, ktorá ovplyvňuje vykurovaciu a chladiacu kapacitu tepelného čerpadla zem-voda, je podzemný modul výmeny tepla, ktorý zahŕňa najmä podzemné potrubia, podzemné studne atď. Ako navrhnúť podzemný systém výmeny tepla s vyváženými nákladmi a efektom bolo vždy výskumom tejto časti.Zároveň zmena teploty podzemnej vrstvy pôdy pri aplikácii zemného tepelného čerpadla ovplyvňuje aj využiteľný efekt systému tepelného čerpadla.Použitie zemného tepelného čerpadla na chladenie skleníka v lete a akumuláciu tepelnej energie v hlbokej vrstve pôdy môže zmierniť pokles teploty podzemnej vrstvy pôdy a zlepšiť účinnosť výroby tepla zemného tepelného čerpadla v zime.

V súčasnosti je pri výskume výkonu a účinnosti zemného tepelného čerpadla na základe aktuálnych experimentálnych údajov zostavený numerický model so softvérom ako TOUGH2 a TRNSYS a dochádza k záveru, že vykurovací výkon a koeficient výkonu (COP ) zemného tepelného čerpadla môže dosiahnuť 3,0 ~ 4,5, čo má dobrý chladiaci a vykurovací účinok.Pri výskume stratégie prevádzky systému tepelného čerpadla Fu Yunzhun a iní zistili, že v porovnaní s prúdením na strane záťaže má prúdenie na strane zdroja väčší vplyv na výkon jednotky a výkon prenosu tepla uloženého potrubia. .Za podmienok nastavenia prietoku môže maximálna hodnota COP jednotky dosiahnuť 4,17 pri prijatí prevádzkovej schémy prevádzky na 2 hodiny a zastavenia na 2 hodiny;Shi Huixian et.prijali prerušovaný prevádzkový režim chladiaceho systému skladovania vody.V lete, keď je teplota vysoká, COP celého systému zásobovania energiou môže dosiahnuť 3,80.

Technológia akumulácie tepla v pôde v skleníku

Hlboké skladovanie tepla pôdy v skleníku sa tiež nazýva „banka na akumuláciu tepla“ v skleníku.Poškodenie chladom v zime a vysoká teplota v lete sú hlavnými prekážkami produkcie skleníkov.Na základe silnej tepelnej akumulačnej kapacity hlbokej pôdy výskumná skupina navrhla skleníkové podzemné zariadenie na hlbokú akumuláciu tepla.Zariadenie je dvojvrstvové paralelné teplonosné potrubie uložené v hĺbke 1,5 až 2,5 m pod zemou v skleníku, s prívodom vzduchu v hornej časti skleníka a výstupom vzduchu na zemi.Keď je teplota v skleníku vysoká, vnútorný vzduch je nútene pumpovaný do zeme ventilátorom, aby sa realizovalo akumulácia tepla a zníženie teploty.Keď je teplota skleníka nízka, z pôdy sa odoberá teplo, aby sa skleník zohrial.Výsledky výroby a aplikácie ukazujú, že zariadenie môže zvýšiť teplotu skleníka o 2,3 °C v zimnej noci, znížiť vnútornú teplotu o 2,6 °C v letnom dni a zvýšiť výnos paradajok o 1500 kg na 667 m².Zariadenie plne využíva vlastnosti „v zime teplo a v lete chlad“ a „konštantnú teplotu“ hlboko pod zemou, poskytuje skleníku „banku prístupu k energii“ a priebežne dopĺňa pomocné funkcie chladenia a vykurovania skleníka. .

Koordinácia viacerých energií

Použitie dvoch alebo viacerých druhov energie na vykurovanie skleníka môže účinne kompenzovať nevýhody jedného typu energie a podporiť efekt superpozície „jedna plus jedna je väčšia ako dve“.Doplnková spolupráca medzi geotermálnou energiou a solárnou energiou je v posledných rokoch výskumným ohniskom využitia novej energie v poľnohospodárskej výrobe.Emmi a kol.študovali viaczdrojový energetický systém (obrázok 1), ktorý je vybavený fotovoltaicko-tepelným hybridným solárnym kolektorom.V porovnaní s bežným systémom tepelného čerpadla vzduch-voda sa energetická účinnosť viaczdrojového energetického systému zlepšila o 16%~25%.Zheng a kol.vyvinula nový typ prepojeného systému akumulácie tepla solárnej energie a zemného tepelného čerpadla.Systém solárnych kolektorov dokáže realizovať kvalitné sezónne ukladanie tepla, teda kvalitné vykurovanie v zime a kvalitné chladenie v lete.Zakopaný rúrkový výmenník tepla a prerušovaný zásobník tepla môžu v systéme fungovať dobre a hodnota COP systému môže dosiahnuť 6,96.

V kombinácii so solárnou energiou má za cieľ znížiť spotrebu komerčnej energie a zvýšiť stabilitu dodávky solárnej energie v skleníku.Wan Ya a kol.predložiť novú schému inteligentnej riadiacej technológie, ktorá kombinuje výrobu solárnej energie s komerčnou energiou na vykurovanie skleníkov, ktorá môže využívať fotovoltaickú energiu, keď je svetlo, a premeniť ju na komerčnú energiu, keď nie je svetlo, čím sa výrazne znižuje nedostatok energie pri záťaži rýchlosť a zníženie ekonomických nákladov bez použitia batérií.

Slnečná energia, energia biomasy a elektrická energia môžu spoločne vykurovať skleníky, čím je možné dosiahnuť aj vysokú účinnosť vykurovania.Zhang Liangrui a ďalší kombinovali zber tepla zo solárnych vákuových trubíc s údolným zásobníkom tepla na vodu.Vykurovací systém skleníka má dobrú tepelnú pohodu a priemerná účinnosť vykurovania systému je 68,70 %.Elektrický zásobník tepla je zásobník vykurovacej vody na biomasu s elektrickým ohrevom.Nastaví sa najnižšia teplota prívodu vody na konci vykurovania a prevádzková stratégia systému sa určí podľa akumulačnej teploty vody časti solárneho zberu tepla a časti akumulácie tepla z biomasy tak, aby sa dosiahla stabilná teplota vykurovania pri vykurovanie ukončí a v maximálnej miere ušetrí elektrickú energiu a energetické materiály biomasy.

Inovatívny výskum a aplikácia nových skleníkových materiálov

S rozširovaním plochy skleníka sa čoraz viac odhaľujú aplikačné nevýhody tradičných skleníkových materiálov, ako sú tehly a zemina.Preto, aby sa ďalej zlepšil tepelný výkon skleníka a splnili sa vývojové potreby moderného skleníka, existuje veľa výskumov a aplikácií nových priehľadných krycích materiálov, tepelnoizolačných materiálov a stenových materiálov.

Výskum a aplikácia nových transparentných krycích materiálov

Typy priehľadných krycích materiálov pre skleníky zahŕňajú najmä plastovú fóliu, sklo, solárny panel a fotovoltaický panel, medzi ktorými má plastová fólia najväčšiu aplikačnú oblasť.Tradičná skleníková PE fólia má nedostatky krátkej životnosti, nedegradácie a jedinej funkcie.V súčasnosti boli vyvinuté rôzne nové funkčné filmy pridaním funkčných činidiel alebo povlakov.

Svetelná konverzná fólia:Svetelná konverzná fólia mení optické vlastnosti fólie pomocou činidiel na premenu svetla, ako sú vzácne zeminy a nano materiály, a môže premieňať oblasť ultrafialového svetla na červené oranžové svetlo a modrofialové svetlo, ktoré vyžaduje fotosyntéza rastlín, čím sa zvyšuje výnos plodín a znižuje sa poškodenie plodín a skleníkových fólií v plastových skleníkoch ultrafialovým svetlom.Napríklad širokopásmový fialovo-červený skleníkový film s činidlom na konverziu svetla VTR-660 môže výrazne zlepšiť priepustnosť infračerveného žiarenia pri aplikácii v skleníku a v porovnaní s kontrolným skleníkom výnos paradajok na hektár, obsah vitamínu C a lykopénu. sa výrazne zvýšili o 25,71 %, 11,11 % a 33,04 %.V súčasnosti je však stále potrebné študovať životnosť, odbúrateľnosť a cenu novej fólie na konverziu svetla.

Rozptýlené sklo: Rozptýlené sklo v skleníku je špeciálny vzor a antireflexná technológia na povrchu skla, ktorá môže maximalizovať slnečné svetlo na rozptýlené svetlo a vstúpiť do skleníka, zlepšiť účinnosť fotosyntézy plodín a zvýšiť výnos plodín.Rozptýlené sklo premení svetlo vstupujúce do skleníka na rozptýlené svetlo prostredníctvom špeciálnych vzorov a rozptýlené svetlo môže byť rovnomernejšie ožiarené do skleníka, čím sa eliminuje tieňový vplyv kostry na skleník.V porovnaní s obyčajným plaveným sklom a ultrabielym plaveným sklom je štandardná priepustnosť svetla rozptylového skla 91,5% a obyčajného plaveného skla 88%.Každé zvýšenie priepustnosti svetla v skleníku o 1 % môže zvýšiť úrodu približne o 3 % a zvýšiť rozpustný cukor a vitamín C v ovocí a zelenine.Rozptylové sklo v skleníku je najskôr potiahnuté a potom temperované a rýchlosť samovýbuchu je vyššia ako národný štandard a dosahuje 2‰.

Výskum a aplikácia nových tepelnoizolačných materiálov

K tradičným tepelnoizolačným materiálom v skleníkoch patria najmä slamená rohož, papierová prikrývka, vpichovaná plsťová termoizolačná prikrývka atď., ktoré sa používajú najmä na vnútornú a vonkajšiu tepelnú izoláciu striech, izoláciu stien a tepelnú izoláciu niektorých zariadení na akumuláciu a zber tepla. .Väčšina z nich má poruchu straty tepelnoizolačných vlastností v dôsledku vnútornej vlhkosti po dlhodobom používaní.Preto existuje mnoho aplikácií nových materiálov s vysokou tepelnou izoláciou, medzi ktoré sa zameriavajú nové termoizolačné prikrývky, zariadenia na akumuláciu tepla a zber tepla.

Nové tepelnoizolačné materiály sa zvyčajne vyrábajú spracovaním a zmiešaním povrchových vodotesných materiálov a materiálov odolných voči starnutiu, ako je tkaná fólia a potiahnutá plsť, s nadýchanými tepelnoizolačnými materiálmi, ako je bavlna nanášaná striekaním, rôzny kašmír a perlová bavlna.Bavlnená termoizolačná prikrývka s nástrekom z tkaného filmu bola testovaná v severovýchodnej Číne.Zistilo sa, že pridanie 500 g bavlny potiahnutej striekaním zodpovedá tepelnoizolačnému výkonu 4 500 g čiernej plstenej termoizolačnej prikrývky na trhu.Za rovnakých podmienok sa tepelnoizolačný výkon 700 g striekanej bavlny zlepšil o 1 ~ 2 °C v porovnaní s 500 g striekanou bavlnenou termoizolačnou prikrývkou.Iné štúdie zároveň zistili, že v porovnaní s bežne používanými termoizolačnými prikrývkami na trhu je tepelnoizolačný účinok striekanej bavlny a rôznych kašmírových termoizolačných prikrývok lepší, s mierou tepelnej izolácie 84,0 % a 83,3 v uvedenom poradí.Keď je najnižšia vonkajšia teplota -24,4 ℃, vnútorná teplota môže dosiahnuť 5,4 a 4,2 ℃.V porovnaní s izolačnou prikrývkou s jednou slamenou prikrývkou má nová kompozitná izolačná prikrývka výhody nízkej hmotnosti, vysokej miery izolácie, silnej vodotesnosti a odolnosti proti starnutiu a možno ju použiť ako nový typ vysokoúčinného izolačného materiálu pre solárne skleníky.

Zároveň sa podľa výskumu tepelnoizolačných materiálov pre zariadenia na zber a akumuláciu skleníkového tepla zistilo, že pri rovnakej hrúbke majú viacvrstvové kompozitné tepelnoizolačné materiály lepšie tepelnoizolačné vlastnosti ako jednotlivé materiály.Tím profesora Li Jianminga z Northwest A&F University navrhol a preveril 22 druhov tepelne izolačných materiálov zariadení na uchovávanie vody v skleníkoch, ako sú vákuové dosky, aerogél a gumová bavlna, a meral ich tepelné vlastnosti.Výsledky ukázali, že 80 mm tepelnoizolačný náter + aerogél + gumo-plastový tepelnoizolačný bavlnený kompozitný izolačný materiál mohol znížiť rozptyl tepla o 0,367 MJ za jednotku času v porovnaní s 80 mm gumo-plastovou bavlnou a jeho koeficient prestupu tepla bol 0,283 W/(m2 ·k) keď hrúbka kombinácie izolácie bola 100 mm.

Materiál s fázovou zmenou je jedným z horúcich miest vo výskume skleníkových materiálov.Northwest A&F University vyvinula dva druhy zariadení na uchovávanie materiálov s fázovou zmenou: jedným je úložný box vyrobený z čierneho polyetylénu, ktorý má veľkosť 50 cm × 30 cm × 14 cm (dĺžka × výška × hrúbka) a je naplnený materiálmi s fázovou zmenou, takže že môže uchovávať teplo a uvoľňovať teplo;Po druhé, bol vyvinutý nový typ nástennej dosky s fázovou zmenou.Stenová doska s fázovou zmenou pozostáva z materiálu s fázovou zmenou, hliníkovej dosky, hliníkovo-plastovej dosky a hliníkovej zliatiny.Materiál na zmenu fázy je umiestnený v najstrednejšej polohe nástennej dosky a jeho špecifikácia je 200 mm × 200 mm × 50 mm.Je to prášková tuhá látka pred a po zmene fázy a nedochádza k žiadnemu javu topenia alebo tečenia.Štyri steny materiálu na zmenu fázy sú hliníková doska a hliníkovo-plastová doska.Toto zariadenie dokáže realizovať funkcie hlavne akumulácie tepla cez deň a hlavne uvoľňovanie tepla v noci.

Preto pri aplikácii jedného tepelnoizolačného materiálu existujú určité problémy, ako je nízka účinnosť tepelnej izolácie, veľké tepelné straty, krátky čas akumulácie tepla atď. Preto použitie kompozitného tepelnoizolačného materiálu ako tepelnoizolačnej vrstvy a vnútornej a vonkajšej tepelnej izolácie krycia vrstva zariadenia na akumuláciu tepla môže účinne zlepšiť tepelnoizolačný výkon skleníka, znížiť tepelné straty skleníka a tým dosiahnuť efekt úspory energie.

Výskum a aplikácia novej steny

Ako druh konštrukcie krytu je stena dôležitou bariérou pre ochranu skleníka pred chladom a tepelnú ochranu.Podľa materiálov stien a konštrukcií možno zástavbu severnej steny skleníka rozdeliť do troch typov: jednovrstvová stena zo zeminy, tehál atď., a vrstvená severná stena z hlinených tehál, blokových tehál, polystyrénové dosky atď., s vnútorným zásobníkom tepla a vonkajšou tepelnou izoláciou, pričom väčšina týchto stien je časovo a pracovne náročná;Preto sa v posledných rokoch objavilo mnoho nových typov stien, ktoré sa ľahko stavajú a sú vhodné na rýchlu montáž.

Vznik nových typov montovaných stien podporuje rýchly vývoj montovaných skleníkov, vrátane kompozitných stien nového typu s vonkajšími vodeodolnými a proti starnutiu povrchovými materiálmi a materiálmi ako plsť, perleťová bavlna, vesmírna bavlna, sklenená bavlna alebo recyklovaná bavlna ako teplo. izolačné vrstvy, ako sú flexibilné zostavené steny z bavlny spájanej striekaním v Sin-ťiangu.Okrem toho ďalšie štúdie tiež uvádzajú severnú stenu zmontovaného skleníka s vrstvou akumulácie tepla, ako je maltový blok z pšeničnej škrupiny vyplnený tehlami v Sin-ťiangu.V tom istom vonkajšom prostredí, keď je najnižšia vonkajšia teplota -20,8 ℃, je teplota v solárnom skleníku s kompozitnou stenou z maltovej malty 7,5 ℃, zatiaľ čo teplota v solárnom skleníku s tehlovo-betónovou stenou je 3,2 ℃.Čas zberu paradajok v tehlovom skleníku sa môže predĺžiť o 16 dní a výnos z jedného skleníka sa môže zvýšiť o 18,4 %.

Tím zariadenia Northwest A&F University predložil návrhovú myšlienku výroby slamy, pôdy, vody, kameňa a materiálov s fázovou premenou na tepelnú izoláciu a moduly akumulácie tepla z uhla svetla a zjednodušeného dizajnu stien, čo podporilo aplikačný výskum modulárnych zostavených modulov. stena.Napríklad v porovnaní s obyčajným skleníkom z tehlovej steny je priemerná teplota v skleníku počas typického slnečného dňa o 4,0 °C vyššia.Tri druhy cementových modulov s anorganickou fázovou zmenou, ktoré sú vyrobené z materiálu s fázovou zmenou (PCM) a cementu, majú akumulované teplo 74,5, 88,0 a 95,1 MJ/m³a uvoľnené teplo 59,8, 67,8 a 84,2 MJ/m³, resp.Majú funkciu „vrcholového rezu“ cez deň, „vypĺňania údolia“ v noci, absorbujú teplo v lete a uvoľňujú teplo v zime.

Tieto nové steny sú montované na mieste, s krátkou dobou výstavby a dlhou životnosťou, čo vytvára podmienky pre stavbu ľahkých, zjednodušených a rýchlo zmontovaných prefabrikovaných skleníkov a môže výrazne podporiť štrukturálnu reformu skleníkov.V tomto druhu steny však existujú určité chyby, ako napríklad stena z bavlnenej tepelnej izolácie prikrývky z striekanej tkaniny má vynikajúci tepelnoizolačný výkon, ale chýba jej kapacita akumulácie tepla a stavebný materiál so zmenou fázy má problém s vysokými nákladmi na použitie.V budúcnosti by sa mal posilniť aplikačný výskum montovanej steny.

Nová energia, nové materiály a nový dizajn pomáhajú meniť štruktúru skleníka.

Výskum a inovácia novej energie a nových materiálov poskytujú základ pre dizajnovú inováciu skleníka.Energeticky úsporný solárny skleník a oblúkový prístrešok sú najväčšie prístrešky v čínskej poľnohospodárskej výrobe a zohrávajú dôležitú úlohu v poľnohospodárskej výrobe.S rozvojom čínskej sociálnej ekonomiky sa však stále viac objavujú nedostatky týchto dvoch druhov štruktúr zariadení.Po prvé, priestor štruktúr zariadení je malý a stupeň mechanizácie je nízky;Po druhé, energeticky úsporný solárny skleník má dobrú tepelnú izoláciu, ale využitie pôdy je nízke, čo je ekvivalentné nahradeniu energie skleníka pôdou.Obyčajný oblúkový prístrešok má nielen malý priestor, ale má aj zlú tepelnú izoláciu.Viacramenný skleník má síce veľký priestor, no má zlú tepelnú izoláciu a vysokú spotrebu energie.Preto je nevyhnutné skúmať a vyvíjať skleníkovú štruktúru vhodnú pre súčasnú spoločenskú a ekonomickú úroveň Číny a výskum a vývoj novej energie a nových materiálov pomôže zmeniť štruktúru skleníka a produkovať rôzne inovatívne modely alebo štruktúry skleníkov.

Inovatívny výskum veľkorozsahového asymetrického pivovarského skleníka riadeného vodou

Veľkorozponový asymetrický vodou riadený pivovarský skleník (číslo patentu: ZL 201220391214.2) je založený na princípe slnečného skleníka, ktorý mení symetrickú štruktúru bežného plastového skleníka, zväčšuje južné rozpätie, zväčšuje plochu osvetlenia južnej strechy, znižuje severné rozpätie a zníženie plochy rozptylu tepla, s rozpätím 18~24m a výškou hrebeňa 6~7m.Inováciou dizajnu sa výrazne zvýšila priestorová štruktúra.Zároveň sú problémy s nedostatkom tepla v skleníku v zime a zlou tepelnou izoláciou bežných tepelnoizolačných materiálov riešené využitím novej technológie výroby tepla z biomasy a tepelnoizolačných materiálov.Výsledky výroby a výskumu ukazujú, že veľkorozsahový asymetrický vodou riadený pivovarský skleník s priemernou teplotou 11,7 °C počas slnečných dní a 10,8 °C počas zamračených dní dokáže uspokojiť dopyt po raste plodín v zime a náklady na výstavbu. skleník sa zníži o 39,6 % a miera využitia pôdy sa zvýši o viac ako 30 % v porovnaní so skleníkom s polystyrénovými tehlovými stenami, ktorý je vhodný na ďalšiu popularizáciu a aplikáciu v povodí rieky Yellow Huaihe v Číne.

Zostavený slnečný skleník

Zostavený slnečný skleník berie ako nosnú konštrukciu stĺpy a strešný skelet a materiál jeho stien je hlavne tepelnoizolačný kryt namiesto nosného a pasívneho ukladania a uvoľňovania tepla.Predovšetkým: (1) nový typ montovanej steny vzniká spojením rôznych materiálov, ako je potiahnutá fólia alebo farebný oceľový plech, slamený blok, flexibilná termoizolačná prikrývka, maltový blok atď. (2) kompozitná stenová doska vyrobená z prefabrikovanej cementovej dosky -polystyrénová doska-cementová doska;(3) Ľahký a jednoduchý montážny typ tepelnoizolačných materiálov s aktívnym systémom akumulácie a uvoľňovania tepla a systémom odvlhčovania, ako sú plastové štvorcové vedro na skladovanie tepla a skladovanie tepla v potrubí.Použitie rôznych nových tepelnoizolačných materiálov a materiálov na akumuláciu tepla namiesto tradičnej zemnej steny na vybudovanie solárneho skleníka má veľký priestor a malé stavebné inžinierstvo.Experimentálne výsledky ukazujú, že teplota skleníka v noci v zime je o 4,5 ℃ vyššia ako v tradičnom skleníku s tehlovými stenami a hrúbka zadnej steny je 166 mm.V porovnaní so skleníkom s tehlovými stenami s hrúbkou 600 mm sa obsadená plocha steny zníži o 72 % a náklady na meter štvorcový sú 334,5 juanov, čo je o 157,2 juanov menej ako pri skleníku s tehlovými stenami, a náklady na výstavbu výrazne klesla.Zmontovaný skleník má preto výhody menej kultivovanej deštrukcie pôdy, šetrenia pôdy, rýchlej rýchlosti výstavby a dlhej životnosti a je kľúčovým smerom pre inováciu a vývoj solárnych skleníkov v súčasnosti aj budúcnosti.

Posuvný slnečný skleník

Energeticky úsporný solárny skleník zmontovaný na skateboarde vyvinutý Poľnohospodárskou univerzitou v Shenyang využíva zadnú stenu solárneho skleníka na vytvorenie systému akumulácie tepla s cirkuláciou vody na ukladanie tepla a zvyšovanie teploty, ktorý sa skladá hlavne z bazéna (32 m³), doska na zachytávanie svetla (360 m²), vodné čerpadlo, vodovodné potrubie a ovládač.Pružná termoizolačná prikrývka je v hornej časti nahradená novým ľahkým materiálom z oceľovej dosky vo farbe minerálnej vlny.Výskum ukazuje, že tento dizajn efektívne rieši problém štítov blokujúcich svetlo a zväčšuje plochu vstupu svetla do skleníka.Uhol osvetlenia skleníka je 41,5°, čo je takmer o 16° viac ako u kontrolného skleníka, čím sa zlepšuje intenzita osvetlenia.Rozloženie vnútornej teploty je rovnomerné a rastliny rastú úhľadne.Výhodou skleníka je zlepšenie efektívnosti využívania pôdy, flexibilné navrhovanie veľkosti skleníka a skrátenie doby výstavby, čo má veľký význam pre ochranu kultúrnych zdrojov pôdy a životného prostredia.

Fotovoltaický skleník

Poľnohospodársky skleník je skleník, ktorý integruje solárnu fotovoltaickú výrobu energie, inteligentnú reguláciu teploty a modernú high-tech výsadbu.Má oceľový kostený rám a je pokrytý solárnymi fotovoltaickými modulmi, aby sa zabezpečili požiadavky na osvetlenie fotovoltaických modulov na výrobu energie a požiadavky na osvetlenie celého skleníka.Jednosmerný prúd generovaný slnečnou energiou priamo dopĺňa svetlo poľnohospodárskych skleníkov, priamo podporuje normálnu prevádzku skleníkových zariadení, poháňa zavlažovanie vodných zdrojov, zvyšuje teplotu skleníka a podporuje rýchly rast plodín.Fotovoltaické moduly týmto spôsobom ovplyvnia účinnosť osvetlenia strechy skleníka a potom ovplyvnia normálny rast skleníkovej zeleniny.Preto sa racionálne rozmiestnenie fotovoltaických panelov na streche skleníka stáva kľúčovým bodom aplikácie.Poľnohospodársky skleník je produktom organickej kombinácie prehliadkového poľnohospodárstva a záhradníctva a ide o inovatívny poľnohospodársky priemysel integrujúci fotovoltaickú energiu, poľnohospodársku prehliadku, poľnohospodárske plodiny, poľnohospodársku technológiu, rozvoj krajiny a kultúry.

Inovatívny dizajn skupiny skleníkov s energetickou interakciou medzi rôznymi typmi skleníkov

Guo Wenzhong, výskumník z Pekinskej akadémie poľnohospodárskych a lesníckych vied, používa vykurovací spôsob prenosu energie medzi skleníkmi na zhromažďovanie zostávajúcej tepelnej energie v jednom alebo viacerých skleníkoch na vykurovanie ďalšieho alebo viacerých skleníkov.Tento spôsob vykurovania realizuje prenos skleníkovej energie v čase a priestore, zlepšuje efektívnosť využitia energie zostávajúceho skleníkového tepla a znižuje celkovú spotrebu energie na vykurovanie.Tieto dva typy skleníkov môžu byť rôzne typy skleníkov alebo rovnaký typ skleníka na pestovanie rôznych plodín, ako sú skleníky so šalátom a paradajkami.Metódy zberu tepla zahŕňajú najmä extrakciu tepla z vnútorného vzduchu a priame zachytávanie dopadajúceho žiarenia.Prostredníctvom zberu slnečnej energie, nútenej konvekcie pomocou výmenníka tepla a núteného odberu tepelným čerpadlom sa prebytočné teplo vo vysokoenergetickom skleníku odoberalo na vykurovanie skleníka.

zhrnúť

Tieto nové solárne skleníky majú výhody rýchlej montáže, skrátenej doby výstavby a lepšieho využitia pôdy.Preto je potrebné ďalej skúmať výkonnosť týchto nových skleníkov v rôznych oblastiach a poskytnúť možnosť rozsiahlej popularizácie a aplikácie nových skleníkov.Zároveň je potrebné neustále posilňovať aplikáciu novej energie a nových materiálov v skleníkoch, aby sa zabezpečila sila pre štrukturálnu reformu skleníkov.

Výhľad do budúcnosti a myslenie

Tradičné skleníky majú často určité nevýhody, ako je vysoká spotreba energie, nízka miera využívania pôdy, časová a pracovná náročnosť, slabý výkon atď., ktoré už nedokážu uspokojiť výrobné potreby moderného poľnohospodárstva a musia sa postupne znižovať. eliminovaný.Preto je vývojovým trendom využívanie nových zdrojov energie, ako je slnečná energia, energia biomasy, geotermálna energia a veterná energia, nové materiály na použitie v skleníkoch a nové návrhy na podporu štrukturálnej zmeny skleníka.V prvom rade by nový skleník poháňaný novou energiou a novými materiálmi mal spĺňať nielen potreby mechanizovanej prevádzky, ale aj šetriť energiu, pôdu a náklady.Po druhé, je potrebné neustále skúmať výkonnosť nových skleníkov v rôznych oblastiach, aby sa vytvorili podmienky pre rozsiahlu popularizáciu skleníkov.V budúcnosti by sme mali ďalej hľadať novú energiu a nové materiály vhodné na použitie v skleníkoch a nájsť najlepšiu kombináciu novej energie, nových materiálov a skleníka, aby bolo možné postaviť nový skleník s nízkymi nákladmi a krátkou konštrukciou. obdobie, nízka spotreba energie a vynikajúci výkon, pomáhajú meniť štruktúru skleníkov a podporujú rozvoj modernizácie skleníkov v Číne.

Aj keď je používanie novej energie, nových materiálov a nových dizajnov pri stavbe skleníkov nevyhnutným trendom, stále existuje veľa problémov, ktoré treba študovať a prekonať: (1) Náklady na výstavbu sa zvyšujú.V porovnaní s tradičným vykurovaním uhlím, zemným plynom alebo ropou je aplikácia novej energie a nových materiálov šetrná k životnému prostrediu a bez znečistenia, no výrazne sa zvyšujú náklady na výstavbu, čo má určitý vplyv na investičnú návratnosť výroby a prevádzky. .V porovnaní so spotrebou energie sa výrazne zvýšia náklady na nové materiály.(2) Nestabilné využitie tepelnej energie.Najväčšou výhodou využitia novej energie sú nízke prevádzkové náklady a nízke emisie oxidu uhličitého, no dodávka energie a tepla je nestabilná a zamračené dni sa stávajú najväčším limitujúcim faktorom využitia slnečnej energie.V procese výroby tepla z biomasy fermentáciou je efektívne využitie tejto energie limitované problémami s nízkou fermentačnou tepelnou energiou, náročným riadením a kontrolou a veľkým skladovacím priestorom na prepravu surovín.(3) Technologická vyspelosť.Tieto technológie využívané novou energiou a novými materiálmi sú pokrokovým výskumom a technologickými úspechmi a ich aplikačná oblasť a rozsah sú stále dosť obmedzené.Mnohokrát neprešli, veľa stránok a rozsiahle overovanie praxe a nevyhnutne sa vyskytujú určité nedostatky a technický obsah, ktorý je potrebné zlepšiť v aplikácii.Používatelia často popierajú technologický pokrok z dôvodu drobných nedostatkov.(4) Miera penetrácie technológie je nízka.Široké uplatnenie vedecko-technického úspechu si vyžaduje určitú popularitu.V súčasnosti je nová energia, nová technológia a nová technológia dizajnu skleníkov súčasťou tímu vedecko-výskumných centier na univerzitách s určitou inovačnou schopnosťou a väčšina technických dopytov alebo dizajnérov stále nevie;Zároveň je popularizácia a aplikácia nových technológií stále dosť obmedzená, pretože základné vybavenie nových technológií je patentované.(5) Je potrebné ďalej posilniť integráciu novej energie, nových materiálov a konštrukcie skleníkov.Keďže návrh energie, materiálov a konštrukcie skleníkov patrí do troch rôznych disciplín, talentom so skúsenosťami s návrhom skleníkov často chýba výskum energie a materiálov súvisiacich so skleníkmi a naopak;Preto výskumníci v oblasti výskumu energie a materiálov musia posilniť skúmanie a pochopenie skutočných potrieb rozvoja skleníkového priemyslu a štrukturálni dizajnéri by mali tiež študovať nové materiály a novú energiu, aby podporili hlbokú integráciu týchto troch vzťahov, aby sa dosiahli cieľom je praktická technológia výskumu skleníkov, nízke stavebné náklady a dobrý efekt využitia.Na základe uvedených problémov sa navrhuje, aby štát, samospráva a vedecko-výskumné centrá zintenzívnili technický výskum, hĺbkový spoločný výskum, posilnili publicitu vedecko-technických úspechov, zlepšili popularizáciu úspechov a urýchlene realizovali cieľom novej energie a nových materiálov napomôcť novému rozvoju skleníkového priemyslu.

Citované informácie

Li Ťien-ming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nová energia, nové materiály a nový dizajn pomáhajú novej revolúcii skleníkov [J].Zelenina, 2022, (10): 1-8.