Technológia poľnohospodárskeho inžinierstva v skleníkových záhradníctve, publikované v Pekingu 2. decembra 2022 o 17:30

Vývoj solárnych skleníkov v neobrábaných oblastiach, ako sú púšte, Gobi a piesočnaté oblasti, účinne vyriešil rozpor medzi potravinami a zeleninou, ktoré súťažia o pôdu. Je to jeden z rozhodujúcich environmentálnych faktorov pre rast a vývoj teplotných plodín, ktorý často určuje úspech alebo neúspech produkcie skleníkových plodín. Preto, aby sme mohli vyvinúť solárne skleníky v neobrábaných oblastiach, musíme najprv vyriešiť problém teploty prostredia v skleníkoch. V tomto článku sú zhrnuté metódy regulácie teploty používané v neobrábaných skleníkoch v posledných rokoch a sú analyzované a zhrnuté existujúce problémy a smer vývoja teploty a ochrany životného prostredia v solárnych skleníkoch na neobrábaných pôdach.

Čína má veľkú populáciu a menej dostupných pôdnych zdrojov. Viac ako 85 % pôdnych zdrojov tvoria neobrábané pôdne zdroje, ktoré sú sústredené najmä na severozápade Číny. Dokument č. 1 Ústredného výboru z roku 2022 poukázal na to, že rozvoj poľnohospodárstva zameraného na stavebné účely by sa mal urýchliť a na základe ochrany ekologického prostredia by sa mala preskúmať využiteľná neobrábaná pôda a pustatina s cieľom rozvíjať poľnohospodárstvo zamerané na stavebné účely. Severozápadná Čína je bohatá na púštne, púštne, pustatiny a iné neobrábané pôdne zdroje a prirodzené svetelné a tepelné zdroje, ktoré sú vhodné na rozvoj poľnohospodárstva zameraného na stavebné účely. Preto má rozvoj a využívanie neobrábaných pôdnych zdrojov na rozvoj skleníkov na neobrábanej pôde veľký strategický význam pre zabezpečenie národnej potravinovej bezpečnosti a zmiernenie konfliktov vo využívaní pôdy.

V súčasnosti sú neobrábané solárne skleníky hlavnou formou vysoko efektívneho poľnohospodárskeho rozvoja na neobrábanej pôde. Na severozápade Číny je teplotný rozdiel medzi dňom a nocou veľký a nočná teplota v zime je nízka, čo často vedie k javu, že minimálna vnútorná teplota je nižšia ako teplota potrebná pre normálny rast a vývoj plodín. Teplota je jedným z nevyhnutných environmentálnych faktorov pre rast a vývoj plodín. Príliš nízka teplota spomaľuje fyziologické a biochemické reakcie plodín a spomaľuje ich rast a vývoj. Ak je teplota nižšia ako limit, ktorý plodiny znesú, môže to dokonca viesť k poškodeniu mrazom. Preto je obzvlášť dôležité zabezpečiť teplotu potrebnú pre normálny rast a vývoj plodín. Udržiavanie správnej teploty v solárnom skleníku nie je jednorazové opatrenie. Musí byť zabezpečené z hľadiska návrhu skleníkov, konštrukcie, výberu materiálu, regulácie a dennej správy. Tento článok preto zhrnie stav výskumu a pokrok v oblasti regulácie teploty v nekultivovaných skleníkoch v Číne v posledných rokoch z hľadiska návrhu a výstavby skleníkov, opatrení na ochranu a otepľovanie tepla a environmentálneho manažmentu, aby poskytol systematický prehľad o racionálnom návrhu a manažmente nekultivovaných skleníkov.

Konštrukcia a materiály skleníka

Tepelné prostredie skleníka závisí najmä od prenosovej, zachytávacej a akumulačnej kapacity skleníka pre slnečné žiarenie, čo súvisí s primeraným návrhom orientácie skleníka, tvarom a materiálom svetloprepúšťajúcej plochy, štruktúrou a materiálom steny a zadnej strechy, izoláciou základov, veľkosťou skleníka, režimom nočnej izolácie a materiálom prednej strechy atď., a tiež s tým, či výstavba a proces výstavby skleníka dokáže zabezpečiť efektívne splnenie konštrukčných požiadaviek.

Svetelná priepustnosť prednej strechy

Hlavná energia v skleníku pochádza zo slnka. Zvýšenie priepustnosti svetla prednej strechy je prospešné pre skleník, aby získal viac tepla, a je tiež dôležitým základom pre zabezpečenie teplotného prostredia v skleníku v zime. V súčasnosti existujú tri hlavné metódy na zvýšenie priepustnosti svetla a doby príjmu svetla prednou strechou skleníka.

01 návrh primeranej orientácie a azimutu skleníka

Orientácia skleníka ovplyvňuje svetelný výkon skleníka a jeho kapacitu akumulácie tepla. Preto, aby sa v skleníku dosiahlo väčšie akumulovanie tepla, orientácia neobrábaných skleníkov v severozápadnej Číne je na juh. Pre špecifický azimut skleníka je pri výbere smeru juh-východ výhodné „chytiť slnko“, aby vnútorná teplota ráno rýchlo stúpla; pri výbere smeru juh-západ je pre skleník výhodné využiť popoludňajšie svetlo. Južný smer je kompromisom medzi týmito dvoma situáciami. Podľa poznatkov geofyziky sa Zem za deň otočí o 360° a azimut slnka sa posunie približne o 1° každé 4 minúty. Preto vždy, keď sa azimut skleníka zmení o 1°, čas priameho slnečného žiarenia sa zmení približne o 4 minúty, to znamená, že azimut skleníka ovplyvňuje čas, kedy skleník vidí svetlo ráno a večer.

Keď sú ranné a popoludňajšie svetelné hodiny rovnaké a východ alebo západ sú v rovnakom uhle, skleník bude mať rovnaký počet svetelných hodín. Avšak v oblasti severne od 37° severnej zemepisnej šírky je ráno nízka teplota a čas odkrývania prikrývky je neskorý, zatiaľ čo popoludní a večer je teplota relatívne vysoká, takže je vhodné oddialiť čas zatvárania tepelnoizolačnej prikrývky. Preto by sa tieto oblasti mali orientovať z juhu na západ a naplno využiť popoludňajšie svetlo. V oblastiach s 30°~35° severnej zemepisnej šírky je možné vďaka lepším svetelným podmienkam ráno aj čas na udržanie tepla a odkrývanie prikrývky posunúť skôr. Preto by sa tieto oblasti mali orientovať z juhu na východ, aby sa skleník dostal do ranného slnečného žiarenia. Avšak v oblasti 35°~37° severnej zemepisnej šírky je rozdiel v slnečnom žiarení ráno a popoludní malý, preto je lepšie zvoliť si priamy južný smer. Či už ide o juhovýchod alebo juhozápad, uhol odchýlky je vo všeobecnosti 5° ~ 8° a maximálny uhol by nemal presiahnuť 10°. Severozápadná Čína leží v rozmedzí 37° ~ 50° severnej zemepisnej šírky, takže azimutálny uhol skleníka je vo všeobecnosti od juhu na západ. Vzhľadom na to si skleník na slnečnom svetle, ktorý navrhol Zhang Jingshe a ďalší v oblasti Taiyuan, zvolil orientáciu 5° západne od juhu, skleník na slnečnom svetle postavený Chang Meimei a ďalšími v oblasti Gobi v koridore Hexi zvolil orientáciu 5° až 10° západne od juhu a skleník na slnečnom svetle postavený Ma Zhigui a ďalšími v severnom Sin-ťiangu zvolil orientáciu 8° západne od juhu.

02 Navrhnite primeraný tvar a uhol sklonu prednej strechy

Tvar a sklon prednej strechy určujú uhol dopadu slnečných lúčov. Čím menší je uhol dopadu, tým väčšia je priepustnosť svetla. Sun Juren sa domnieva, že tvar prednej strechy je určený hlavne pomerom dĺžky hlavnej osvetľovacej plochy a zadného sklonu. Dlhý predný sklon a krátky zadný sklon sú prospešné pre osvetlenie a udržanie tepla prednej strechy. Chen Wei-Qian a ďalší sa domnievajú, že hlavná osvetľovacia strecha solárnych skleníkov používaných v oblasti Gobi má kruhový oblúk s polomerom 4,5 m, ktorý dokáže účinne odolávať chladu. Zhang Jingshe a ďalší sa domnievajú, že v alpských a vysokohorských oblastiach je vhodnejšie použiť na prednej streche skleníka polkruhový oblúk. Pokiaľ ide o uhol sklonu prednej strechy, podľa charakteristík priepustnosti svetla plastovej fólie je odrazivosť prednej strechy voči slnečnému žiareniu malá, keď uhol dopadu je 0 ~ 40°, odrazivosť sa výrazne zvyšuje. Preto sa ako maximálny uhol dopadu na výpočet uhla sklonu prednej strechy berie 40°, aby aj počas zimného slnovratu mohlo slnečné žiarenie vstúpiť do skleníka v maximálnej miere. Preto He Bin a ďalší pri navrhovaní solárneho skleníka vhodného pre neobrábané oblasti vo Wuhai vo Vnútornom Mongolsku vypočítali uhol sklonu prednej strechy s uhlom dopadu 40° a predpokladali, že pokiaľ je väčší ako 30°, môže spĺňať požiadavky na osvetlenie skleníka a uchovanie tepla. Zhang Caihong a ďalší sa domnievajú, že pri stavbe skleníkov v neobrábaných oblastiach Sin-ťiangu je uhol sklonu prednej strechy skleníkov v južnom Sin-ťiangu 31°, zatiaľ čo v severnom Sin-ťiangu je to 32° až 33,5°.

03 Vyberte vhodné priehľadné krycie materiály.

Okrem vplyvu vonkajších podmienok slnečného žiarenia sú dôležitými faktormi ovplyvňujúcimi svetelné a tepelné prostredie skleníka aj materiál a charakteristiky priepustnosti svetla fólie pre skleníky. V súčasnosti sa priepustnosť svetla plastových fólií, ako sú PE, PVC, EVA a PO, líši v dôsledku rôznych materiálov a hrúbok fólie. Vo všeobecnosti sa dá zaručiť, že priepustnosť svetla fólií, ktoré sa používajú 1 až 3 roky, bude celkovo nad 88 % a mala by sa voliť podľa požiadaviek plodín na svetlo a teplotu. Okrem priepustnosti svetla v skleníku je faktorom, ktorému ľudia venujú čoraz väčšiu pozornosť, aj rozloženie svetelného prostredia v skleníku. Preto sa v posledných rokoch v priemysle teší veľkej obľube krycí materiál s priepustnosťou svetla a zvýšeným rozptylom svetla, najmä v oblastiach so silným slnečným žiarením v severozápadnej Číne. Aplikácia fólie so zvýšeným rozptylom svetla znížila tieňovací efekt na hornej a dolnej časti porastu, zvýšila svetlo v strednej a dolnej časti porastu, zlepšila fotosyntetické vlastnosti celej plodiny a preukázala dobrý účinok na podporu rastu a zvýšenie produkcie.

Rozumný návrh veľkosti skleníka

Dĺžka skleníka je príliš dlhá alebo príliš krátka, čo ovplyvní reguláciu vnútornej teploty. Keď je dĺžka skleníka príliš krátka, pred východom a západom slnka je plocha zatienená východným a západným štítom veľká, čo neprispieva k otepľovaniu skleníka a kvôli malému objemu ovplyvňuje absorpciu a uvoľňovanie tepla vnútornou pôdou a stenou. Ak je dĺžka príliš veľká, je ťažké regulovať vnútornú teplotu a ovplyvní to pevnosť konštrukcie skleníka a konfiguráciu mechanizmu na navíjanie tepelnoizolačných prešívaných prikrývok. Výška a rozpätie skleníka priamo ovplyvňujú denné osvetlenie prednej strechy, veľkosť priestoru skleníka a pomer izolácie. Keď sú rozpätie a dĺžka skleníka fixné, zväčšenie výšky skleníka môže zväčšiť uhol osvetlenia prednej strechy z hľadiska svetelného prostredia, čo prispieva k priepustnosti svetla. Z hľadiska tepelného prostredia sa zväčšuje výška steny a zväčšuje sa plocha akumulácie tepla zadnej steny, čo je prospešné pre akumuláciu a uvoľňovanie tepla zadnou stenou. Okrem toho je priestor veľký, tepelná kapacita je tiež veľká a tepelné prostredie skleníka je stabilnejšie. Zvýšenie výšky skleníka samozrejme zvýši náklady na skleník, čo si vyžaduje komplexné zváženie. Preto by sme pri navrhovaní skleníka mali zvoliť primeranú dĺžku, rozpätie a výšku podľa miestnych podmienok. Napríklad Zhang Caihong a ďalší sa domnievajú, že v severnom Sin-ťiangu je dĺžka skleníka 50 až 80 m, rozpätie 7 m a výška skleníka 3,9 m, zatiaľ čo v južnom Sin-ťiangu je dĺžka skleníka 50 až 80 m, rozpätie 8 m a výška skleníka 3,6 až 4,0 m. Taktiež sa berie do úvahy, že rozpätie skleníka by nemalo byť menšie ako 7 m a pri rozpätí 8 m je dosiahnutý najlepší účinok uchovania tepla. Chen Weiqian a ďalší si okrem toho myslia, že dĺžka, rozpätie a výška solárneho skleníka by mali byť 80 m, 8 ~ 10 m a 3,8 ~ 4,2 m, keď bude postavený v oblasti Gobi v meste Jiuquan v provincii Gansu.

Zlepšite tepelnú akumuláciu a izolačnú kapacitu steny

Počas dňa stena akumuluje teplo absorbovaním slnečného žiarenia a tepla z vnútorného vzduchu. V noci, keď je vnútorná teplota nižšia ako teplota steny, stena pasívne uvoľňuje teplo na vykurovanie skleníka. Ako hlavný akumulačný teleso skleníka môže stena výrazne zlepšiť vnútornú nočnú teplotu zlepšením svojej kapacity akumulácie tepla. Zároveň je tepelnoizolačná funkcia steny základom stability tepelného prostredia skleníka. V súčasnosti existuje niekoľko metód na zlepšenie akumulácie tepla a izolačnej kapacity stien.

01 návrh rozumnej konštrukcie steny

Funkcia steny zahŕňa najmä akumuláciu a udržiavanie tepla a zároveň väčšina stien skleníka slúži aj ako nosné prvky na podopretie strešného krovu. Z hľadiska dosiahnutia dobrého tepelného prostredia by mala mať primeraná konštrukcia steny dostatočnú kapacitu na akumuláciu tepla na vnútornej strane a dostatočnú kapacitu na udržiavanie tepla na vonkajšej strane, pričom by sa mali znížiť zbytočné tepelné mosty. Pri výskume akumulácie tepla a izolácie stien Bao Encai a ďalší navrhli pasívnu stenu na akumuláciu tepla zo stuhnutého piesku v púštnej oblasti Wuhai vo Vnútornom Mongolsku. Pórovité tehly boli použité ako izolačná vrstva na vonkajšej strane a stuhnutý piesok ako vrstva na akumuláciu tepla na vnútornej strane. Test ukázal, že vnútorná teplota mohla v slnečných dňoch dosiahnuť 13,7 ℃. Ma Yuehong a ďalší navrhli kompozitnú stenu z maltových blokov z pšeničných škrupín v severnom Sin-ťiangu, v ktorej je v maltových blokoch naplnené pálené vápno ako vrstva na akumuláciu tepla a vonku sú ako izolačná vrstva naskladané vrecia so troskou. Dutá tvárnicová stena navrhnutá spoločnosťou Zhao Peng a ďalšími v oblasti Gobi v provincii Gansu používa ako izolačnú vrstvu na vonkajšej strane 100 mm hrubú benzénovú dosku a ako tepelnoakumulačnú vrstvu na vnútornej strane piesok a duté tvárnice. Test ukazuje, že priemerná teplota v zime je v noci nad 10 ℃ a spoločnosť Chai Regeneration a ďalší tiež používajú piesok a štrk ako izolačnú vrstvu a tepelnoakumulačnú vrstvu steny v oblasti Gobi v provincii Gansu. Pokiaľ ide o zníženie tepelných mostov, spoločnosť Yan Junyue a ďalší navrhli ľahkú a zjednodušenú montovanú zadnú stenu, ktorá nielen zlepšila tepelný odpor steny, ale aj zlepšila tesniace vlastnosti steny nalepením polystyrénovej dosky na vonkajšiu stranu zadnej steny; spoločnosť Wu Letian a ďalší umiestnili železobetónový prstencový nosník nad základy skleníkovej steny a použili lichobežníkové tehlové razenie tesne nad prstencovým nosníkom na podopretie zadnej strechy, čo vyriešilo problém ľahkého vzniku trhlín a poklesu základov v skleníkoch v Hotian v provincii Sin-ťiang, čo ovplyvňuje tepelnú izoláciu skleníkov.

02 Vyberte vhodné materiály na akumuláciu tepla a izoláciu.

Účinok akumulácie tepla a izolácie steny závisí v prvom rade od výberu materiálov. V severozápadnej púšti, Gobi, piesočnatej pôde a iných oblastiach, v závislosti od podmienok na mieste, výskumníci použili miestne materiály a odvážne sa pokúsili navrhnúť mnoho rôznych druhov zadných stien solárnych skleníkov. Napríklad, keď Zhang Guosen a ďalší stavali skleníky na piesočnatých a štrkových poliach v Gansu, piesok a štrk sa použili ako akumulácia tepla a izolačné vrstvy stien. Podľa charakteristík Gobi a púšte v severozápadnej Číne Zhao Peng navrhol druh dutej blokovej steny s pieskovcom a dutými blokmi ako materiálmi. Test ukázal, že priemerná vnútorná nočná teplota je nad 10 °C. Vzhľadom na nedostatok stavebných materiálov, ako sú tehly a hlina v regióne Gobi v severozápadnej Číne, Zhou Changji a ďalší pri skúmaní solárnych skleníkov v regióne Gobi v Kizilsu Kirgiz, Sin-ťiang, zistili, že miestne skleníky zvyčajne používajú kamienky ako stenové materiály. Vzhľadom na tepelné vlastnosti a mechanickú pevnosť kamienkov má skleník postavený z kamienkov dobrý výkon z hľadiska udržiavania tepla, akumulácie tepla a nosnosti. Podobne Zhang Yong a ďalší používajú kamienky ako hlavný materiál steny a navrhli nezávislú zadnú stenu z kamienkov na akumuláciu tepla v provincii Shanxi a na iných miestach. Test ukazuje, že efekt akumulácie tepla je dobrý. Zhang a ďalší navrhli druh pieskovcovej steny podľa charakteristík severozápadnej oblasti Gobi, ktorá dokáže zvýšiť vnútornú teplotu o 2,5 ℃. Okrem toho Ma Yuehong a ďalší testovali kapacitu akumulácie tepla pieskových stien plnených blokmi, blokových stien a tehlových stien v meste Hotian v provincii Xinjiang. Výsledky ukázali, že pieskové steny plnené blokmi mali najväčšiu kapacitu akumulácie tepla. Okrem toho, s cieľom zlepšiť výkon steny pri akumulácii tepla, výskumníci aktívne vyvíjajú nové materiály a technológie na akumuláciu tepla. Napríklad Bao Encai navrhol materiál s fázovou zmenou vytvrdzovacieho činidla, ktoré sa dá použiť na zlepšenie kapacity akumulácie tepla zadnej steny solárneho skleníka v severozápadných neobrábaných oblastiach. Pri skúmaní miestnych materiálov sa ako materiály stien používajú aj kopy sena, troska, benzénové dosky a slama, ale tieto materiály majú zvyčajne iba funkciu uchovávania tepla a žiadnu kapacitu akumulácie tepla. Vo všeobecnosti majú steny vyplnené štrkom a blokmi dobrú tepelnú akumuláciu a izolačnú schopnosť.

03 Vhodne zväčšite hrúbku steny

Tepelný odpor je zvyčajne dôležitým ukazovateľom na meranie tepelnoizolačných vlastností steny a faktorom, ktorý ovplyvňuje tepelný odpor, je okrem tepelnej vodivosti materiálu aj hrúbka vrstvy materiálu. Preto na základe výberu vhodných tepelnoizolačných materiálov môže vhodné zväčšenie hrúbky steny zvýšiť celkový tepelný odpor steny a znížiť tepelné straty cez stenu, čím sa zvýši tepelná izolácia a tepelná akumulačná kapacita steny a celého skleníka. Napríklad v provincii Gansu a iných oblastiach je priemerná hrúbka steny z vriec s pieskom v meste Zhangye 2,6 m, zatiaľ čo hrúbka steny z maltového muriva v meste Jiuquan je 3,7 m. Čím je stena hrubšia, tým väčšia je jej tepelnoizolačná a tepelnoizolačná kapacita. Príliš hrubé steny však zvýšia zaberanú plochu a náklady na výstavbu skleníka. Preto by sme z hľadiska zlepšenia tepelnoizolačných schopností mali uprednostniť výber vysoko tepelnoizolačných materiálov s nízkou tepelnou vodivosťou, ako je polystyrén, polyuretán a iné materiály, a potom ich hrúbku primerane zvýšiť.

Rozumný dizajn zadnej strechy

Pri návrhu zadnej strechy sa kladie hlavný dôraz na to, aby sa zabránilo vplyvu tienenia a aby sa zlepšila tepelnoizolačná kapacita. Aby sa znížil vplyv tienenia na zadnú strechu, nastavenie jej uhla sklonu je založené najmä na skutočnosti, že zadná strecha môže byť počas dňa, keď sa plodiny pestujú a pestujú, vystavená priamemu slnečnému žiareniu. Preto sa uhol sklonu zadnej strechy vo všeobecnosti volí tak, aby bol lepší ako lokálny uhol slnečnej výšky počas zimného slnovratu, ktorý je 7°~8°. Napríklad Zhang Caihong a ďalší sa domnievajú, že pri výstavbe solárnych skleníkov v oblasti Gobi a slano-alkalických oblastí v Sin-ťiangu je projektovaná dĺžka zadnej strechy 1,6 m, takže uhol sklonu zadnej strechy je 40° v južnom Sin-ťiangu a 45° v severnom Sin-ťiangu. Chen Wei-Qian a ďalší sa domnievajú, že zadná strecha solárneho skleníka v oblasti Jiuquan v oblasti Gobi by mala byť sklonená pod uhlom 40°. Pri tepelnej izolácii zadnej strechy by sa mala tepelnoizolačná kapacita zabezpečiť najmä výberom tepelnoizolačných materiálov, potrebným návrhom hrúbky a primeraným prekrytím tepelnoizolačných materiálov počas výstavby.

Znížte tepelné straty pôdy

Počas zimnej noci, pretože teplota vnútornej pôdy je vyššia ako teplota vonkajšej pôdy, teplo z vnútornej pôdy sa prenáša von vedením tepla, čo spôsobuje stratu tepla zo skleníka. Existuje niekoľko spôsobov, ako znížiť stratu tepla z pôdy.

01 izolácia pôdy

Zem sa správne zaborí, čím sa vyhne vrstve zamrznutej pôdy a pôda sa využije na udržiavanie tepla. Napríklad solárny skleník „1448 z troch materiálov a jedného telesa“, ktorý vyvinula spoločnosť Chai Regeneration a iná neobrábaná pôda v koridore Hexi, bol postavený kopaním 1 m dole, čím sa efektívne vyhne vrstve zamrznutej pôdy. Vzhľadom na to, že hĺbka zamrznutej pôdy v oblasti Turpan je 0,8 m, Wang Huamin a ďalší navrhli kopať 0,8 m, aby sa zlepšila tepelnoizolačná schopnosť skleníka. Keď Zhang Guosen a ďalší postavili zadnú stenu dvojoblúkového dvojvrstvového kopacieho solárneho skleníka na neobrábanej pôde, hĺbka kopania bola 1 m. Experiment ukázal, že najnižšia teplota v noci sa zvýšila o 2 až 3 ℃ v porovnaní s tradičným solárnym skleníkom druhej generácie.

02 ochrana základov pred chladom

Hlavnou metódou je vykopať chladuvzdornú priekopu pozdĺž základovej časti prednej strechy, naplniť tepelnoizolačnými materiálmi alebo súvisle zakopať tepelnoizolačné materiály pod zem pozdĺž základovej steny, pričom cieľom všetkých týchto metód je znížiť tepelné straty spôsobené prenosom tepla cez pôdu v okrajovej časti skleníka. Použité tepelnoizolačné materiály sú založené najmä na miestnych podmienkach v severozápadnej Číne a možno ich získať lokálne, ako napríklad seno, troska, minerálna vlna, polystyrénová doska, kukuričná slama, konský hnoj, opadané lístie, polámaná tráva, piliny, burina, slama atď.

03 mulčovacia fólia

Zakrytím plastovou fóliou môže slnečné svetlo cez ňu cez deň preniknúť do pôdy, ktorá absorbuje slnečné teplo a zohrieva sa. Okrem toho môže plastová fólia blokovať dlhovlnné žiarenie odrážané pôdou, čím sa znižujú straty žiarenia z pôdy a zvyšuje sa akumulácia tepla v pôde. V noci môže plastová fólia brániť konvekčnej výmene tepla medzi pôdou a vnútorným vzduchom, čím sa znižujú tepelné straty z pôdy. Zároveň môže plastová fólia znížiť aj latentné tepelné straty spôsobené odparovaním vody z pôdy. Wei Wenxiang zakryl skleník plastovou fóliou na náhornej plošine Čching-chaj a experiment ukázal, že teplota pôdy sa mohla zvýšiť približne o 1 ℃.

Posilnite tepelnoizolačné vlastnosti prednej strechy

Predná strecha skleníka je hlavnou plochou na odvádzanie tepla a stratené teplo predstavuje viac ako 75 % celkových tepelných strát v skleníku. Preto posilnenie tepelnoizolačnej kapacity prednej strechy skleníka môže účinne znížiť straty cez prednú strechu a zlepšiť zimné teplotné prostredie skleníka. V súčasnosti existujú tri hlavné opatrenia na zlepšenie tepelnoizolačnej kapacity prednej strechy.

01 Používa sa viacvrstvový priehľadný povlak.

Z konštrukčného hľadiska môže použitie dvojvrstvovej alebo trojvrstvovej fólie ako svetlopriepustného povrchu skleníka účinne zlepšiť tepelnoizolačné vlastnosti skleníka. Napríklad Zhang Guosen a ďalší navrhli dvojoblúkový dvojvrstvový solárny skleník s vykopávaním v oblasti Gobi v meste Jiuquan. Vonkajšia strana prednej strechy skleníka je vyrobená z EVA fólie a vnútorná strana skleníka je vyrobená z PVC fólie proti starnutiu, ktorá neprepúšťa kvapky. Experimenty ukazujú, že v porovnaní s tradičnými solárnymi skleníkmi druhej generácie je tepelnoizolačný účinok vynikajúci a najnižšia nočná teplota stúpa v priemere o 2 až 3 ℃. Podobne Zhang Jingshe a ďalší navrhli solárny skleník s dvojitou fóliou pre klimatické charakteristiky vysokých zemepisných šírok a oblastí s extrémnym chladom, čo výrazne zlepšilo tepelnú izoláciu skleníka. V porovnaní s kontrolným skleníkom sa nočná teplota zvýšila o 3 ℃. Okrem toho sa Wu Letian a ďalší pokúsili použiť tri vrstvy 0,1 mm hrubej EVA fólie na prednej streche solárneho skleníka navrhnutého v púštnej oblasti Hetian v Sin-ťiangu. Viacvrstvová fólia môže účinne znížiť tepelné straty prednej strechy, ale keďže priepustnosť svetla jednovrstvovej fólie je v podstate okolo 90 %, viacvrstvová fólia prirodzene vedie k útlmu priepustnosti svetla. Preto je pri výbere viacvrstvovej fólie s priepustnosťou svetla potrebné venovať náležitú pozornosť svetelným podmienkam a požiadavkám na osvetlenie skleníkov.

02 Posilnite nočnú izoláciu prednej strechy

Na prednej streche sa používa plastová fólia na zvýšenie priepustnosti svetla počas dňa a v noci sa stáva najslabším miestom v celom skleníku. Preto je pokrytie vonkajšieho povrchu prednej strechy hrubou kompozitnou tepelnoizolačnou prikrývkou nevyhnutným tepelnoizolačným opatrením pre solárne skleníky. Napríklad v alpskej oblasti Čching-chaj Liu Yanjie a ďalší použili slamené závesy a kraftový papier ako tepelnoizolačné prikrývky na experimenty. Výsledky testov ukázali, že najnižšia vnútorná teplota v skleníku v noci mohla dosiahnuť viac ako 7,7 ℃. Wei Wenxiang sa ďalej domnieva, že tepelné straty skleníka sa dajú znížiť o viac ako 90 % použitím dvojitých trávnatých závesov alebo kraftového papiera na vonkajšie trávnaté závesy na tepelnú izoláciu v tejto oblasti. Okrem toho Zou Ping a ďalší použili tepelnoizolačnú prikrývku z recyklovaného vlákien vpichovanej plsti v solárnom skleníku v regióne Gobi v Sin-ťiangu a Chang Meimei a ďalší použili tepelnoizolačnú sendvičovú bavlnenú tepelnoizolačnú prikrývku v solárnom skleníku v regióne Gobi v koridore Hexi. V súčasnosti sa v solárnych skleníkoch používa mnoho druhov tepelnoizolačných prikrývok, ale väčšina z nich je vyrobená z ihličkovanej plsti, bavlny s lepidlom, perleťovej bavlny atď. s vodeodolnými alebo anti-aging povrchovými vrstvami na oboch stranách. Podľa mechanizmu tepelnej izolácie tepelnoizolačnej prikrývky by sme na zlepšenie jej tepelnoizolačných vlastností mali začať zlepšením jej tepelného odporu a znížením koeficientu prestupu tepla, pričom hlavnými opatreniami sú zníženie tepelnej vodivosti materiálov, zväčšenie hrúbky vrstiev materiálu alebo zvýšenie počtu vrstiev materiálu atď. Preto sa v súčasnosti jadrový materiál tepelnoizolačnej prikrývky s vysokým tepelnoizolačným výkonom často vyrába z viacvrstvových kompozitných materiálov. Podľa testov môže koeficient prestupu tepla tepelnoizolačnej prikrývky s vysokým tepelnoizolačným výkonom v súčasnosti dosiahnuť 0,5 W/(m2℃), čo poskytuje lepšiu záruku tepelnej izolácie skleníkov v chladných oblastiach v zime. Severozápadná oblasť je samozrejme veterná a prašná a ultrafialové žiarenie je silné, takže povrchová vrstva tepelnoizolačnej prikrývky by mala mať dobrý anti-aging výkon.

03 Pridajte vnútorný tepelnoizolačný záves.

Hoci je predná strecha skleníka so slnečným žiarením v noci pokrytá vonkajšou tepelnoizolačnou dekou, pokiaľ ide o ostatné konštrukcie celého skleníka, predná strecha je v noci stále slabým miestom celého skleníka. Preto projektový tím „Štruktúra a stavebná technológia skleníkov na severozápadnej neornej pôde“ navrhol jednoduchý vnútorný tepelnoizolačný rolovací systém (obrázok 1), ktorého konštrukcia pozostáva z pevnej vnútornej tepelnoizolačnej clony v prednej časti a pohyblivej vnútornej tepelnoizolačnej clony v hornom priestore. Horná pohyblivá tepelnoizolačná clona sa cez deň otvára a skladá na zadnej stene skleníka, čo neovplyvňuje osvetlenie skleníka; pevná tepelnoizolačná deka v spodnej časti slúži v noci ako tesnenie. Vnútorná izolačná konštrukcia je elegantná a ľahko sa ovláda a v lete môže slúžiť aj ako tienenie a chladenie.

Technológia aktívneho otepľovania

Vzhľadom na nízke zimné teploty v severozápadnej Číne, ak sa spoliehame iba na udržiavanie a akumuláciu tepla v skleníkoch, stále nedokážeme splniť požiadavky na prezimovanie plodín v niektorých chladných podmienkach, takže je potrebné prijať aj niektoré opatrenia na aktívne otepľovanie.

Systém skladovania solárnej energie a uvoľňovania tepla

Je dôležitým dôvodom, prečo stena nesie funkcie uchovávania tepla, akumulácie tepla a nosenia záťaže, čo vedie k vysokým stavebným nákladom a nízkej miere využitia pôdy solárnych skleníkov. Preto bude zjednodušenie a montáž solárnych skleníkov v budúcnosti dôležitým smerom vývoja. Medzi nimi je zjednodušenie funkcie steny, ktoré uvoľňuje funkciu akumulácie a uvoľňovania tepla, takže zadná stena nesie iba funkciu uchovávania tepla, čo je účinný spôsob, ako zjednodušiť výstavbu. Napríklad systém aktívneho akumulovania a uvoľňovania tepla od spoločnosti Fang Hui (obrázok 2) sa široko používa v neobrábaných oblastiach, ako sú Gansu, Ningxia a Xinjiang. Jeho zariadenie na zhromažďovanie tepla je zavesené na severnej stene. Počas dňa sa teplo zhromaždené zariadením na zhromažďovanie tepla ukladá v telese akumulácie tepla prostredníctvom cirkulácie média na akumuláciu tepla a v noci sa teplo uvoľňuje a ohrieva cirkuláciou média na akumuláciu tepla, čím sa dosahuje prenos tepla v čase a priestore. Experimenty ukazujú, že minimálna teplota v skleníku sa dá zvýšiť o 3 až 5 ℃ pomocou tohto zariadenia. Wang Zhiwei a ďalší navrhli systém vykurovania vodnou clonou pre solárny skleník v južnej púštnej oblasti Sin-ťiangu, ktorý dokáže v noci zvýšiť teplotu skleníka o 2,1 ℃.

Okrem toho Bao Encai a ďalší navrhli aktívny systém cirkulácie akumulácie tepla pre severnú stenu. Počas dňa prúdi horúci vzduch z interiéru cez teplonosný kanál zabudovaný v severnej stene vďaka cirkulácii axiálnych ventilátorov a teplonosný kanál si vymieňa teplo s vrstvou akumulácie tepla vo vnútri steny, čo výrazne zlepšuje tepelnú kapacitu steny. Okrem toho systém solárneho akumulovania tepla s fázovou zmenou, ktorý navrhol Yan Yantao a ďalší, počas dňa ukladá teplo vo fázovo meniacich sa materiáloch prostredníctvom solárnych kolektorov a potom ho v noci rozptyľuje do vnútorného vzduchu prostredníctvom cirkulácie vzduchu, čo môže v noci zvýšiť priemernú teplotu o 2,0 ℃. Vyššie uvedené technológie a zariadenia na využitie solárnej energie sa vyznačujú hospodárnosťou, úsporou energie a nízkymi emisiami uhlíka. Po optimalizácii a vylepšení by mali mať dobrý potenciál uplatnenia v oblastiach s bohatými zdrojmi solárnej energie v severozápadnej Číne.

Ďalšie technológie pomocného vykurovania

01 vykurovanie biomasou

Podstielka, slama, kravský trus, ovčí trus a hydinový trus sa zmiešajú s biologickými baktériami a zahrabajú do pôdy v skleníku. Počas fermentačného procesu sa vytvára veľa tepla a vytvára sa aj veľa prospešných kmeňov, organickej hmoty a CO2. Prospešné kmene dokážu potláčať a ničiť rôzne baktérie a môžu znižovať výskyt skleníkových chorôb a škodcov. Organická hmota sa môže stať hnojivom pre plodiny. Vyprodukovaný CO2 môže zlepšiť fotosyntézu plodín. Napríklad Wei Wenxiang zahrabal horúce organické hnojivá, ako je konský trus, kravský trus a ovčí trus, do vnútornej pôdy v solárnom skleníku na náhornej plošine Čching-chaj, čo účinne zvýšilo teplotu pôdy. V solárnom skleníku v púštnej oblasti Kan-su použil Zhou Zhilong slamu a organické hnojivo na fermentáciu medzi plodinami. Test ukázal, že teplota v skleníku sa mohla zvýšiť o 2 až 3 ℃.

02 kúrenie na uhlie

Existujú umelé kachle, energeticky úsporné ohrievače vody a kúrenie. Napríklad Wei Wenxiang po prieskume na náhornej plošine Čching-chaj zistil, že umelé kúrenie pecou sa používalo prevažne lokálne. Táto metóda vykurovania má výhody rýchlejšieho ohrevu a zjavného tepelného účinku. Pri spaľovaní uhlia však vznikajú škodlivé plyny, ako sú SO2, CO a H2S, takže je potrebné dbať na ich odvádzanie.

03 elektrické kúrenie

Na vykurovanie prednej strechy skleníka použite elektrický vykurovací drôt alebo elektrický ohrievač. Vykurovací účinok je pozoruhodný, použitie je bezpečné, v skleníku nevznikajú žiadne znečisťujúce látky a vykurovacie zariadenie sa ľahko ovláda. Chen Weiqian a ďalší sa domnievajú, že problém poškodenia mrazom v zime v oblasti Jiuquan brzdí rozvoj miestneho poľnohospodárstva v provincii Gobi a na vykurovanie skleníka je možné použiť elektrické vykurovacie telesá. Avšak kvôli používaniu vysokokvalitných zdrojov elektrickej energie je spotreba energie vysoká a náklady sú vysoké. Odporúča sa používať ho ako dočasný prostriedok núdzového vykurovania v extrémne chladnom počasí.

Opatrenia environmentálneho manažmentu

V procese výroby a používania skleníka nedokáže kompletné zariadenie a jeho bežná prevádzka účinne zabezpečiť, aby jeho tepelné prostredie spĺňalo konštrukčné požiadavky. V skutočnosti používanie a riadenie zariadenia často zohráva kľúčovú úlohu pri tvorbe a udržiavaní tepelného prostredia, pričom najdôležitejšou je denná správa tepelnoizolačných prikrývok a vetracích otvorov.

Správa tepelnoizolačnej prikrývky

Tepelnoizolačná deka je kľúčom k nočnej tepelnej izolácii prednej strechy, preto je mimoriadne dôležité zdokonaliť jej dennú správu a údržbu, pričom by sa mala venovať pozornosť najmä nasledujúcim problémom: ①Vyberte si vhodný čas otvárania a zatvárania tepelnoizolačnej deky. Čas otvárania a zatvárania tepelnoizolačnej deky ovplyvňuje nielen dobu osvetlenia skleníka, ale aj proces vykurovania v skleníku. Príliš skoré alebo neskoré otváranie a zatváranie tepelnoizolačnej deky neprispieva k akumulácii tepla. Ak sa deka ráno odkryje príliš skoro, vnútorná teplota príliš klesne kvôli nízkej vonkajšej teplote a slabému svetlu. Naopak, ak sa deka odkryje príliš neskoro, čas prijatia svetla v skleníku sa skráti a čas nárastu vnútornej teploty sa oneskorí. Ak sa popoludní tepelnoizolačná deka vypne príliš skoro, čas vystavenia sa vnútornej teplote sa skráti a akumulácia tepla v pôde a stenách interiéru sa zníži. Naopak, ak sa udržiavanie tepla vypne príliš neskoro, odvod tepla zo skleníka sa zvýši kvôli nízkej vonkajšej teplote a slabému svetlu. Preto vo všeobecnosti platí, že keď sa ráno zapne tepelnoizolačná deka, odporúča sa, aby teplota stúpla po poklese o 1~2℃, zatiaľ čo keď je tepelnoizolačná deka vypnutá, odporúča sa, aby teplota stúpla po poklese o 1~2℃. ② Pri zatváraní tepelnoizolačnej deky dbajte na to, aby tepelnoizolačná deka pevne pokrývala všetky predné strechy, a ak je medzi nimi medzera, včas ich upravte. ③ Po úplnom položení tepelnoizolačnej deky skontrolujte, či je spodná časť zhutnená, aby sa zabránilo odnášaniu tepelnoizolačného efektu vetrom v noci. ④ Tepelnoizolačnú deku včas kontrolujte a udržiavajte, najmä ak je poškodená, včas ju opravte alebo vymeňte. ⑤ Včas venujte pozornosť poveternostným podmienkam. Keď prší alebo sneží, tepelnoizolačnú deku včas prikryte a sneh včas odstráňte.

Riadenie vetracích otvorov

Účelom vetrania v zime je upraviť teplotu vzduchu, aby sa predišlo nadmernej teplote okolo poludnia. Druhým je eliminovať vnútornú vlhkosť, znížiť vlhkosť vzduchu v skleníku a kontrolovať škodcov a choroby. Tretím je zvýšiť koncentráciu CO2 v interiéri a podporiť rast plodín. Vetranie a udržiavanie tepla sú však protichodné. Ak nie je vetranie správne riadené, pravdepodobne to povedie k problémom s nízkymi teplotami. Preto je potrebné dynamicky upravovať, kedy a ako dlho otvárať vetracie otvory podľa podmienok prostredia v skleníku. V severozápadných neobrábaných oblastiach sa riadenie vetracích otvorov skleníkov delí hlavne na dva spôsoby: manuálne ovládanie a jednoduché mechanické vetranie. Čas otvárania a čas vetrania vetracích otvorov sú však založené najmä na subjektívnom úsudku ľudí, takže sa môže stať, že vetracie otvory sa otvoria príliš skoro alebo príliš neskoro. Na vyriešenie vyššie uvedených problémov spoločnosť Yin Yilei a ďalší navrhli inteligentné vetracie zariadenie na streche, ktoré dokáže určiť čas otvárania a veľkosť otvárania a zatvárania vetracích otvorov podľa zmien vnútorného prostredia. S prehlbovaním výskumu zákonitostí zmien životného prostredia a dopytu po plodinách, ako aj s popularizáciou a pokrokom technológií a zariadení, ako je vnímanie životného prostredia, zber, analýza a riadenie informácií, by automatizácia riadenia vetrania v solárnych skleníkoch mala byť v budúcnosti dôležitým smerom rozvoja.

Ďalšie opatrenia riadenia

Pri používaní rôznych druhov fólií sa ich priepustnosť svetla postupne znižuje a rýchlosť oslabovania nesúvisí len s ich fyzikálnymi vlastnosťami, ale aj s okolitým prostredím a správou počas používania. V procese používania je najdôležitejším faktorom, ktorý vedie k poklesu priepustnosti svetla, znečistenie povrchu fólie. Preto je mimoriadne dôležité vykonávať pravidelné čistenie a čistenie, kedykoľvek to podmienky dovolia. Okrem toho by sa mala pravidelne kontrolovať konštrukcia krytu skleníka. Ak sa v stene a prednej streche objaví netesnosť, mala by sa včas opraviť, aby sa zabránilo prenikaniu studeného vzduchu do skleníka.

Existujúce problémy a smer vývoja

Výskumníci už mnoho rokov skúmajú a študujú technológiu uchovávania a skladovania tepla, technológiu riadenia a metódy otepľovania skleníkov v severozápadných neobrábaných oblastiach, čo v podstate viedlo k prezimovaniu zeleniny, výrazne zlepšilo schopnosť skleníkov odolávať poškodeniu spôsobenému nízkymi teplotami a v podstate k prezimovaniu zeleniny. To predstavuje historický príspevok k zmierneniu rozporu medzi potravinami a zeleninou, ktoré si v Číne konkurujú o pôdu. V technológii garantovanej teploty v severozápadnej Číne však stále pretrvávajú nasledujúce problémy.

Typy skleníkov, ktoré sa majú modernizovať

V súčasnosti sú typy skleníkov stále bežné tie, ktoré boli postavené koncom 20. storočia a začiatkom tohto storočia, s jednoduchou konštrukciou, nepraktickým dizajnom, slabou schopnosťou udržiavať tepelné prostredie skleníka a odolávať prírodným katastrofám a nedostatkom štandardizácie. Preto by sa v budúcnosti mali štandardizovať tvar a sklon prednej strechy, azimutálny uhol skleníka, výška zadnej steny, hĺbka zapustenia skleníka atď., a to plne kombináciou miestnych zemepisných šírk a klimatických charakteristík. Zároveň sa v skleníku môže pestovať iba jedna plodina, pokiaľ je to možné, aby sa štandardizované zosúladenie skleníkov mohlo vykonávať podľa svetelných a teplotných požiadaviek pestovaných plodín.

Rozsah skleníka je relatívne malý.

Ak je veľkosť skleníka príliš malá, ovplyvní to stabilitu tepelného prostredia skleníka a rozvoj mechanizácie. S postupným zvyšovaním nákladov na pracovnú silu je rozvoj mechanizácie dôležitým smerom v budúcnosti. Preto by sme sa v budúcnosti mali opierať o úroveň lokálneho rozvoja, brať do úvahy potreby rozvoja mechanizácie, racionálne navrhovať vnútorný priestor a usporiadanie skleníkov, urýchliť výskum a vývoj poľnohospodárskych zariadení vhodných pre miestne oblasti a zlepšiť mieru mechanizácie skleníkovej výroby. Zároveň by sa podľa potrieb plodín a pestovateľských modelov malo príslušné vybavenie zladiť so štandardmi a mal by sa podporovať integrovaný výskum a vývoj, inovácie a popularizácia vetracích, vlhkostných, tepelno-izolačných a vykurovacích zariadení.

Hrúbka stien, ako sú pieskové a duté bloky, je stále hrubá.

Ak je stena príliš hrubá, aj keď je izolačný účinok dobrý, zníži sa miera využitia pôdy, zvýšia sa náklady a sťaží sa výstavba. Preto by sa v budúcnosti mala hrúbka steny vedecky optimalizovať podľa miestnych klimatických podmienok. Na druhej strane by sa mala podporiť ľahká a zjednodušená konštrukcia zadnej steny, aby si zadná stena skleníka zachovala iba funkciu uchovávania tepla. Namiesto akumulácie a uvoľňovania tepla by sa mali použiť solárne kolektory a iné zariadenia. Solárne kolektory sa vyznačujú vysokou účinnosťou zberu tepla, silnou tepelnou kapacitou, úsporou energie, nízkym obsahom uhlíka atď. Väčšina z nich dokáže aktívne regulovať a riadiť a vykonávať cielené exotermické vykurovanie podľa environmentálnych požiadaviek skleníka v noci s vyššou účinnosťou využitia tepla.

Je potrebné vyvinúť špeciálnu tepelnoizolačnú prikrývku.

Predná strecha je hlavným telesom rozptylu tepla v skleníku a tepelnoizolačný výkon tepelnoizolačnej prikrývky priamo ovplyvňuje vnútorné tepelné prostredie. V súčasnosti nie je teplota v skleníku v niektorých oblastiach dobrá, čiastočne preto, že tepelnoizolačná prikrývka je príliš tenká a tepelnoizolačný výkon materiálov je nedostatočný. Zároveň má tepelnoizolačná prikrývka stále určité problémy, ako je nízka vodotesnosť a odolnosť voči vode, ľahké starnutie povrchových a jadrových materiálov atď. Preto by sa v budúcnosti mali vedecky vyberať vhodné tepelnoizolačné materiály podľa miestnych klimatických charakteristík a požiadaviek a mali by sa navrhnúť a vyvinúť špeciálne tepelnoizolačné výrobky vhodné pre miestne použitie a popularizáciu.

KONIEC

Citované informácie

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi a ďalší. Stav výskumu technológie zaručenia environmentálnej teploty v solárnych skleníkoch na severozápadnej neobrábanej pôde [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.