Li Jianming, Sun Guotao itd.Tehnologija kmetijskega inženiringa v rastlinjakih2022-11-21 17:42 Objavljeno v Pekingu

V zadnjih letih se je industrija rastlinjakov močno razvila.Razvoj rastlinjakov ne samo izboljša stopnjo izkoriščenosti zemlje in stopnjo proizvodnje kmetijskih proizvodov, ampak tudi rešuje problem oskrbe s sadjem in zelenjavo izven sezone.Vendar pa je rastlinjak naletel tudi na izzive brez primere.Prvotni objekti, načini ogrevanja in strukturne oblike so ustvarile odpornost na okolje in razvoj.Novi materiali in nove zasnove so nujno potrebni za spremembo strukture rastlinjakov, novi viri energije pa so nujno potrebni za doseganje namenov varčevanja z energijo in varstva okolja ter za povečanje proizvodnje in dohodka.

Ta članek obravnava temo "nova energija, novi materiali, nov dizajn za pomoč novi revoluciji rastlinjakov", vključno z raziskavami in inovacijami sončne energije, energije biomase, geotermalne energije in drugih novih virov energije v rastlinjakih, raziskavami in uporabo novih materialov za prevleko, toplotno izolacijo, stene in drugo opremo ter prihodnji obeti in razmišljanje o novi energiji, novih materialih in novem oblikovanju za pomoč pri reformi rastlinjakov, da bi zagotovili referenco za industrijo.

Razvoj kmetijstva v prostorih je politična zahteva in neizogibna izbira za izvajanje duha pomembnih navodil in odločanja centralne vlade.Leta 2020 bo skupna površina zaščitenega kmetijstva na Kitajskem znašala 2,8 milijona hm2, vrednost proizvodnje pa bo presegla 1 bilijon juanov.To je pomemben način za izboljšanje proizvodne zmogljivosti rastlinjakov za izboljšanje osvetlitve rastlinjakov in toplotne izolacije z novo energijo, novimi materiali in novo zasnovo rastlinjakov.Tradicionalna pridelava v rastlinjakih ima veliko slabosti, kot so premog, kurilno olje in drugi energenti, ki se uporabljajo za ogrevanje in ogrevanje v tradicionalnih rastlinjakih, kar ima za posledico veliko količino plina dioksida, ki resno onesnažuje okolje, medtem ko zemeljski plin, električna energija in drugi viri energije povečajo obratovalne stroške rastlinjakov.Tradicionalni materiali za shranjevanje toplote za stene rastlinjakov so večinoma glina in opeka, ki porabijo veliko in povzročajo resno škodo zemljiškim virom.Učinkovitost rabe zemlje pri tradicionalnem sončnem rastlinjaku z zemeljskim zidom je le 40 % ~ 50 %, navaden rastlinjak pa ima slabo zmogljivost shranjevanja toplote, zato ne more preživeti zime za pridelavo tople zelenjave na severu Kitajske.Zato je jedro spodbujanja toplogrednih sprememb ali temeljnih raziskav v načrtovanju rastlinjakov, raziskavah in razvoju novih materialov in nove energije.Ta članek se bo osredotočil na raziskave in inovacije novih virov energije v rastlinjakih, povzel status raziskav novih virov energije, kot so sončna energija, energija biomase, geotermalna energija, energija vetra in novi prozorni pokrivni materiali, toplotnoizolacijski materiali in stenski materiali v rastlinjak, analizirati uporabo nove energije in novih materialov pri gradnji novih rastlinjakov ter se veseliti njihove vloge pri prihodnjem razvoju in preobrazbi rastlinjakov.

Raziskave in inovacije novih energetskih rastlinjakov

Zelena nova energija z največjim potencialom izkoristka v kmetijstvu vključuje sončno energijo, geotermalno energijo in energijo biomase ali celostno izrabo različnih novih virov energije, da bi dosegli učinkovito rabo energije z učenjem od prednosti drug drugega.

sončna energija/moč

Tehnologija sončne energije je nizkoogljični, učinkovit in trajnosten način oskrbe z energijo in je pomemben sestavni del kitajskih strateških nastajajočih industrij.Postala bo neizogibna izbira za preoblikovanje in nadgradnjo kitajske energetske strukture v prihodnosti.Z vidika energetske izrabe je rastlinjak sam objekt za izkoriščanje sončne energije.Z učinkom tople grede se sončna energija zbira v zaprtih prostorih, temperatura v rastlinjaku se dvigne in zagotovi potrebno toploto za rast pridelka.Glavni vir energije fotosinteze rastlinjakov je neposredna sončna svetloba, ki je neposreden izkoristek sončne energije.

01 Fotovoltaična proizvodnja električne energije za pridobivanje toplote

Fotovoltaična proizvodnja električne energije je tehnologija, ki neposredno pretvarja svetlobno energijo v električno energijo na podlagi fotovoltaičnega učinka.Ključni element te tehnologije so sončne celice.Ko sončna energija zaporedno ali vzporedno sveti na niz sončnih panelov, polprevodniške komponente neposredno pretvorijo energijo sončnega sevanja v električno energijo.Fotovoltaična tehnologija lahko neposredno pretvarja svetlobno energijo v električno, hrani elektriko preko baterij in ogreva rastlinjak ponoči, vendar njena visoka cena omejuje nadaljnji razvoj.Raziskovalna skupina je razvila fotonapetostno grelno napravo iz grafena, ki je sestavljena iz fleksibilnih fotonapetostnih plošč, stroja za vzvratno krmiljenje vse v enem, akumulatorske baterije in grelne palice iz grafena.Glede na dolžino sadilne črte je grafenska grelna palica zakopana pod vrečo substrata.Čez dan fotonapetostne plošče absorbirajo sončno sevanje za proizvodnjo električne energije in jo shranijo v akumulatorju, nato pa se električna energija ponoči sprosti za grelno palico iz grafena.Pri dejanski meritvi je sprejet način nadzora temperature, ki se začne pri 17 ℃ in zapre pri 19 ℃.Če deluje ponoči (20:00-08:00 drugi dan) 8 ur, je poraba energije za ogrevanje ene vrste rastlin 1,24 kW·h, povprečna temperatura substratne vrečke ponoči pa je 19,2 ℃, kar je 3,5 ~ 5,3 ℃ višje kot pri kontroli.Ta metoda ogrevanja v kombinaciji s fotonapetostno proizvodnjo električne energije rešuje probleme visoke porabe energije in visokega onesnaževanja pri ogrevanju rastlinjakov pozimi.

02 fototermična pretvorba in uporaba

Sončna fototermalna pretvorba se nanaša na uporabo posebne površine za zbiranje sončne svetlobe, izdelane iz materialov za fototermično pretvorbo, da se zbere in absorbira čim več sončne energije, ki jo seva, in jo pretvori v toplotno energijo.V primerjavi s solarnimi fotovoltaičnimi aplikacijami sončne fototermalne aplikacije povečajo absorpcijo bližnjega infrardečega pasu, zato imajo večjo učinkovitost izrabe energije sončne svetlobe, nižje stroške in zrelo tehnologijo ter so najpogosteje uporabljen način izrabe sončne energije.

Najbolj zrela tehnologija fototermične pretvorbe in uporabe na Kitajskem je sončni kolektor, katerega osrednja komponenta je jedro plošče, ki absorbira toploto, s prevleko za selektivno absorpcijo, ki lahko pretvori energijo sončnega sevanja, ki prehaja skozi pokrovno ploščo, v toplotno energijo in prenaša na delovni medij, ki absorbira toploto.Sončne kolektorje lahko razdelimo v dve kategoriji glede na to, ali je v kolektorju vakuumski prostor ali ne: ploščati sončni kolektorji in vakuumski cevni sončni kolektorji;koncentrirajoči sončni kolektorji in nekoncentracijski sončni kolektorji glede na to, ali sončno sevanje na dnevni svetlobi spreminja smer;ter tekoči sončni kolektorji in zračni sončni kolektorji glede na vrsto delovnega medija za prenos toplote.

Izkoriščanje sončne energije v rastlinjaku poteka predvsem preko različnih vrst sončnih kolektorjev.Univerza Ibn Zor v Maroku je razvila aktivni sistem ogrevanja na sončno energijo (ASHS) za ogrevanje rastlinjakov, ki lahko pozimi poveča skupno pridelavo paradižnika za 55 %.Kitajska kmetijska univerza je zasnovala in razvila sklop zbiralnega in odvodnega sistema površinskega hladilnega ventilatorja z zmogljivostjo zbiranja toplote 390,6～693,0 MJ in predstavila zamisel o ločitvi postopka zbiranja toplote od procesa shranjevanja toplote s toplotno črpalko.Univerza v Bariju v Italiji je razvila sistem poligeneracijskega ogrevanja rastlinjakov, ki je sestavljen iz sistema sončne energije in toplotne črpalke zrak-voda ter lahko zviša temperaturo zraka za 3,6 % in temperaturo tal za 92 %.Raziskovalna skupina je razvila nekakšno aktivno opremo za zbiranje sončne toplote s spremenljivim kotom naklona za sončne rastlinjake in podporno napravo za shranjevanje toplote za vodno telo rastlinjakov v vremenskih razmerah.Tehnologija aktivnega zbiranja sončne toplote s spremenljivim naklonom prebija omejitve tradicionalne opreme za zbiranje toplote v rastlinjakih, kot so omejena zmogljivost zbiranja toplote, senčenje in zasedba obdelovalne zemlje.Z uporabo posebne strukture rastlinjaka solarnega rastlinjaka je prostor rastlinjaka brez sajenja v celoti izkoriščen, kar močno izboljša učinkovitost izrabe prostora rastlinjaka.V tipičnih sončnih delovnih pogojih aktivni sistem zbiranja sončne toplote s spremenljivim naklonom doseže 1,9 MJ/(m2h), učinkovitost izkoristka energije doseže 85,1 %, stopnja prihranka energije pa 77 %.V tehnologiji shranjevanja toplote v rastlinjaku je nastavljena večfazna sprememba strukture shranjevanja toplote, povečana zmogljivost shranjevanja toplote naprave za shranjevanje toplote in uresničeno počasno sproščanje toplote iz naprave, da se doseže učinkovita uporaba toploto, ki jo zbere oprema za zbiranje sončne toplote v rastlinjaku.

energijo iz biomase

Nova zgradba objekta je zgrajena tako, da se naprava za proizvodnjo toplote na biomaso združi z rastlinjakom, surovine iz biomase, kot so prašičji gnoj, ostanki gob in slama, pa se kompostirajo za pripravo toplote, ustvarjena toplotna energija pa se neposredno dovaja v rastlinjak [ 5].V primerjavi z rastlinjakom brez grelnega rezervoarja za fermentacijo biomase lahko ogrevalni rastlinjak učinkovito poveča temperaturo tal v rastlinjaku in vzdržuje ustrezno temperaturo korenin pridelkov, ki se gojijo v tleh v normalnem podnebju pozimi.Če za primer vzamemo enoslojni asimetrični toplotnoizolacijski rastlinjak z razponom 17 m in dolžino 30 m, dodamo 8 m kmetijskih odpadkov (mešanica paradižnikove slame in prašičjega gnoja) v notranji fermentacijski rezervoar za naravno fermentacijo brez obračanja kupa pločevinke povečajte povprečno dnevno temperaturo rastlinjaka za 4,2 ℃ pozimi, povprečna dnevna najnižja temperatura pa lahko doseže 4,6 ℃.

Energijska uporaba nadzorovane fermentacije biomase je metoda fermentacije, ki uporablja instrumente in opremo za nadzor procesa fermentacije, da bi hitro pridobili in učinkovito izkoristili toplotno energijo biomase in plinsko gnojilo CO2, med katerimi sta prezračevanje in vlaga ključna dejavnika za uravnavanje fermentacijske toplote. in proizvodnjo plina iz biomase.V prezračevanih pogojih aerobni mikroorganizmi v fermentacijskem kupu porabljajo kisik za življenjske aktivnosti, del ustvarjene energije pa porabijo za lastne življenjske aktivnosti, del energije pa oddajo v okolje kot toplotno energijo, kar ugodno vpliva na temperaturo. vzpon okolja.Voda sodeluje v celotnem procesu fermentacije, zagotavlja potrebna topna hranila za mikrobne aktivnosti in hkrati sprošča toploto kupa v obliki pare skozi vodo, tako da zmanjša temperaturo kupa in podaljša življenjsko dobo mikroorganizmov in poveča prostorninsko temperaturo kupa.Namestitev naprave za izpiranje slame v fermentacijsko posodo lahko zviša notranjo temperaturo za 3 ~ 5 ℃ pozimi, okrepi fotosintezo rastlin in poveča pridelek paradižnika za 29,6%.

Geotermalna energija

Kitajska je bogata z geotermalnimi viri.Trenutno je najpogostejši način za uporabo geotermalne energije za kmetijske objekte uporaba toplotne črpalke zemeljskega izvora, ki lahko prehaja iz nizkokakovostne toplotne energije v visokokakovostno toplotno energijo z vnosom majhne količine visokokakovostne energije (kot npr. električna energija).Za razliko od tradicionalnih ukrepov za ogrevanje rastlinjakov lahko ogrevanje s toplotno črpalko zemeljski vir ne le doseže pomemben učinek ogrevanja, ampak ima tudi možnost hlajenja rastlinjaka in zmanjšanja vlažnosti v rastlinjaku.Raziskave uporabe toplotne črpalke zemlja-voda na področju stanovanjske gradnje so zrele.Osrednji del, ki vpliva na zmogljivost ogrevanja in hlajenja toplotne črpalke zemlja-voda, je podzemni modul za izmenjavo toplote, ki večinoma vključuje vkopane cevi, podzemne vodnjake itd. Kako zasnovati podzemni sistem za izmenjavo toplote z uravnoteženimi stroški in učinki je bil raziskovalni fokus tega dela.Hkrati pa sprememba temperature podzemne plasti tal pri uporabi toplotne črpalke zemlja-voda vpliva tudi na učinek uporabe sistema toplotne črpalke.Uporaba toplotne črpalke zemlja-voda za hlajenje rastlinjaka poleti in shranjevanje toplotne energije v globoki plasti prsti lahko ublaži padec temperature podzemne plasti zemlje in izboljša učinkovitost proizvodnje toplote toplotne črpalke zemlja-vir pozimi.

Trenutno je v raziskavah delovanja in učinkovitosti toplotne črpalke zemlja-voda s pomočjo dejanskih eksperimentalnih podatkov vzpostavljen numerični model s programsko opremo, kot sta TOUGH2 in TRNSYS, in ugotovljeno je, da sta zmogljivost ogrevanja in koeficient učinkovitosti (COP ) toplotne črpalke z zemeljskim virom lahko doseže 3,0 ~ 4,5, kar ima dober učinek hlajenja in ogrevanja.V raziskavi strategije delovanja sistema toplotne črpalke so Fu Yunzhun in drugi ugotovili, da ima stranski tok zemeljskega vira v primerjavi s pretokom na strani obremenitve večji vpliv na zmogljivost enote in na zmogljivost prenosa toplote vkopane cevi. .Pod pogojem nastavitve pretoka lahko največja vrednost COP enote doseže 4,17 s sprejetjem sheme delovanja za 2 uri in zaustavitvijo za 2 uri;Shi Huixian et.sprejel prekinitveni način delovanja hladilnega sistema za shranjevanje vode.Poleti, ko je temperatura visoka, lahko COP celotnega sistema oskrbe z energijo doseže 3,80.

Tehnologija globokega shranjevanja toplote v tleh v rastlinjaku

Globoko shranjevanje toplote v tleh v rastlinjaku se v rastlinjaku imenuje tudi »skladiščenje toplote«.Poškodbe zaradi mraza pozimi in visoke temperature poleti sta glavni oviri za pridelavo v rastlinjakih.Na podlagi močne zmogljivosti globokega shranjevanja toplote v tleh je raziskovalna skupina zasnovala napravo za globoko shranjevanje toplote v rastlinjaku.Naprava je dvoslojni vzporedni cevovod za prenos toplote, zakopan na globini 1,5～2,5m pod zemljo v rastlinjaku, z dovodom zraka na vrhu rastlinjaka in odvodom zraka na tleh.Ko je temperatura v rastlinjaku visoka, notranji zrak prisilno črpa v tla z ventilatorjem, da se zagotovi shranjevanje toplote in znižanje temperature.Ko je temperatura v rastlinjaku nizka, se toplota črpa iz tal, da ogreje rastlinjak.Rezultati proizvodnje in uporabe kažejo, da lahko naprava zviša temperaturo v rastlinjaku za 2,3 ℃ pozimi ponoči, zniža notranjo temperaturo za 2,6 ℃ poleti in poveča pridelek paradižnika za 1500 kg na 667 m².Naprava v celoti izkorišča značilnosti "toplo pozimi in hladno poleti" ter "konstantno temperaturo" globoko podzemnih tal, zagotavlja "banko dostopa do energije" za rastlinjak in nenehno dopolnjuje pomožne funkcije hlajenja in ogrevanja rastlinjaka. .

Večenergijska koordinacija

Uporaba dveh ali več vrst energije za ogrevanje rastlinjaka lahko učinkovito nadomesti pomanjkljivosti ene same vrste energije in omogoči učinek superpozicije »ena plus ena je večje od dveh«.Komplementarno sodelovanje med geotermalno in sončno energijo je v zadnjih letih raziskovalno žarišče novih izrab energije v kmetijski proizvodnji.Emmi et.proučevali večizvorni energetski sistem (slika 1), ki je opremljen s fotovoltaično-termalnim hibridnim sončnim kolektorjem.V primerjavi s sistemom običajne toplotne črpalke zrak-voda je energetska učinkovitost sistema z več viri energije izboljšana za 16%~25%.Zheng et.razvili nov tip sklopljenega sistema za shranjevanje toplote sončne energije in toplotne črpalke zemlje.Sistem sončnih kolektorjev lahko realizira kakovostno sezonsko shranjevanje ogrevanja, to je kakovostno ogrevanje pozimi in kakovostno hlajenje poleti.Vkopani cevni izmenjevalnik toplote in intermitentni hranilnik toplote lahko dobro delujeta v sistemu, vrednost COP sistema pa lahko doseže 6,96.

V kombinaciji s sončno energijo želi zmanjšati porabo komercialne energije in povečati stabilnost oskrbe s sončno energijo v rastlinjaku.Wan Ya et.je predstavil novo shemo inteligentne nadzorne tehnologije združevanja proizvodnje sončne energije s komercialno energijo za ogrevanje rastlinjakov, ki lahko izkorišča fotovoltaično energijo, ko je svetloba, in jo spremeni v komercialno energijo, ko ni svetlobe, kar močno zmanjša pomanjkanje moči obremenitve hitrost in zmanjšanje ekonomskih stroškov brez uporabe baterij.

Sončna energija, energija biomase in električna energija lahko skupaj ogrevajo rastlinjake, s čimer lahko dosežejo tudi visoko učinkovitost ogrevanja.Zhang Liangrui in drugi so združili zbiranje toplote s solarno vakuumsko cevjo in rezervoarjem za vodo v dolini.Sistem ogrevanja rastlinjaka ima dobro toplotno udobje, povprečni izkoristek ogrevanja sistema pa je 68,70 %.Električni hranilnik toplote je hranilnik vode za ogrevanje na biomaso z električnim ogrevanjem.Nastavljena je najnižja temperatura dovoda vode na grelni strani, strategija delovanja sistema pa je določena glede na temperaturo shranjevanja vode dela za zbiranje sončne toplote in dela za shranjevanje toplote biomase, da se doseže stabilna temperatura ogrevanja pri ogrevanju ter v največji možni meri prihranijo električno energijo in biomaso.

Inovativne raziskave in uporaba novih materialov za rastlinjake

S širjenjem površin rastlinjakov se vse bolj razkrivajo slabosti uporabe tradicionalnih materialov za rastlinjake, kot so opeka in zemlja.Zato, da bi še izboljšali toplotno učinkovitost rastlinjaka in zadovoljili razvojne potrebe sodobnega rastlinjaka, obstajajo številne raziskave in uporabe novih prozornih pokrivnih materialov, toplotnoizolacijskih materialov in stenskih materialov.

Raziskave in uporaba novih transparentnih pokrivnih materialov

Vrste prozornih pokrivnih materialov za rastlinjake vključujejo predvsem plastično folijo, steklo, sončne celice in fotovoltaične plošče, med katerimi ima plastična folija največje področje uporabe.Tradicionalna PE folija za rastlinjake ima pomanjkljivosti kratke življenjske dobe, nerazgradnje in enojne funkcije.Trenutno so bili razviti številni novi funkcionalni filmi z dodajanjem funkcionalnih reagentov ali premazov.

Film za pretvorbo svetlobe:Film za pretvorbo svetlobe spremeni optične lastnosti filma z uporabo sredstev za pretvorbo svetlobe, kot so redke zemlje in nano materiali, ter lahko predel ultravijolične svetlobe pretvori v rdečo oranžno svetlobo in modro vijolično svetlobo, ki jo zahteva fotosinteza rastlin, s čimer se poveča donos pridelka in zmanjša poškodbe ultravijolične svetlobe na pridelkih in folijah za rastlinjake v plastičnih rastlinjakih.Na primer, širokopasovna vijolično-rdeča folija za rastlinjake s sredstvom za pretvorbo svetlobe VTR-660 lahko znatno izboljša prepustnost infrardečega sevanja pri uporabi v rastlinjaku in v primerjavi s kontrolnim rastlinjakom, donos paradižnika na hektar, vsebnost vitamina C in likopena se znatno povečajo za 25,71 %, 11,11 % oziroma 33,04 %.Vendar pa je treba trenutno še preučiti življenjsko dobo, razgradljivost in stroške nove folije za pretvorbo svetlobe.

Razpršeno steklo: Razpršeno steklo v rastlinjaku je poseben vzorec in antirefleksna tehnologija na površini stekla, ki lahko poveča sončno svetlobo v razpršeno svetlobo in vstopi v rastlinjak, izboljša učinkovitost fotosinteze pridelkov in poveča donos pridelka.Razpršilno steklo spremeni svetlobo, ki vstopa v rastlinjak, v razpršeno svetlobo s posebnimi vzorci, razpršena svetloba pa se lahko bolj enakomerno obseva v rastlinjak, s čimer se odpravi senčni vpliv skeleta na rastlinjak.V primerjavi z navadnim float steklom in ultra belim float steklom je standard prepustnosti svetlobe razpršenega stekla 91,5 %, običajnega float stekla pa 88 %.Za vsak 1 % povečanja prepustnosti svetlobe v rastlinjaku se lahko pridelek poveča za približno 3 %, povečata pa se tudi topni sladkor in vitamin C v sadju in zelenjavi.Razpršilno steklo v rastlinjaku je najprej prevlečeno in nato kaljeno, stopnja samoeksplozije pa je višja od nacionalnega standarda in doseže 2 ‰.

Raziskave in uporaba novih toplotnoizolacijskih materialov

Tradicionalni toplotnoizolacijski materiali v rastlinjaku vključujejo predvsem slamnato rogoznico, papirnato odejo, toplotnoizolacijsko odejo iz iglane klobučevine itd., ki se večinoma uporabljajo za notranjo in zunanjo toplotno izolacijo streh, izolacijo sten in toplotno izolacijo nekaterih naprav za shranjevanje in zbiranje toplote. .Večina jih ima to napako, da zaradi notranje vlage po dolgotrajni uporabi izgubijo toplotno izolativnost.Zato obstaja veliko uporab novih materialov z visoko toplotno izolacijo, med katerimi so v središču raziskav nova toplotnoizolacijska odeja, naprave za shranjevanje in zbiranje toplote.

Novi toplotnoizolacijski materiali so običajno izdelani s predelavo in mešanjem površinskih vodoodpornih in na staranje odpornih materialov, kot so tkani filmi in prevlečena klobučevina, s puhastimi toplotnoizolacijskimi materiali, kot so razpršeni bombaž, razni kašmir in biserni bombaž.Bombažna toplotnoizolacijska odeja, prevlečena s tkanim filmom, je bila testirana na severovzhodu Kitajske.Ugotovljeno je bilo, da je dodajanje 500 g razpršenega bombaža enakovredno toplotni izolacijski učinkovitosti 4500 g črne toplotnoizolacijske odeje iz filca na trgu.Pod enakimi pogoji je bila toplotna izolacija 700 g bombaža, prevlečenega s pršenjem, izboljšana za 1~2 ℃ v primerjavi s toplotno izolacijsko odejo iz bombaža, prevlečenega s pršenjem, s 500 g.Hkrati so druge študije tudi pokazale, da je v primerjavi s toplotnoizolacijskimi prešitimi odejami, ki se običajno uporabljajo na trgu, učinek toplotne izolacije toplotnoizolacijskih prešitih odej iz bombaža in kašmirja, premazanega s pršenjem, boljši, s stopnjama toplotne izolacije 84,0 % in 83,3 %. % oz.Ko je najhladnejša zunanja temperatura -24,4 ℃, lahko notranja temperatura doseže 5,4 oziroma 4,2 ℃.V primerjavi z izolacijsko odejo iz enojne slamnate odeje ima nova kompozitna izolacijska odeja prednosti majhne teže, visoke stopnje izolacije, močne vodoodpornosti in odpornosti proti staranju ter se lahko uporablja kot nova vrsta visoko učinkovitega izolacijskega materiala za sončne rastlinjake.

Hkrati je glede na raziskave toplotnoizolacijskih materialov za naprave za zbiranje in shranjevanje toplote v rastlinjakih tudi ugotovljeno, da imajo večslojni kompozitni toplotnoizolacijski materiali pri enaki debelini boljšo toplotno izolacijo kot posamezni materiali.Ekipa profesorja Li Jianminga z univerze Northwest A&F je zasnovala in pregledala 22 vrst toplotnoizolacijskih materialov naprav za shranjevanje vode v rastlinjaku, kot so vakuumska plošča, aerogel in gumijasta vata, ter izmerila njihove toplotne lastnosti.Rezultati so pokazali, da lahko 80 mm toplotno izolacijski premaz + aerogel + guma-plastika toplotno izolacija bombaž kompozitni izolacijski material zmanjša odvajanje toplote za 0,367 MJ na časovno enoto v primerjavi z 80 mm guma-plastika bombaž, njegov koeficient prenosa toplote pa je bil 0,283 W/(m2 ·k) ko je bila debelina izolacijske kombinacije 100 mm.

Material s fazno spremembo je ena od vročih točk v raziskavah materialov za rastlinjake.Northwest A&F University je razvil dve vrsti naprav za shranjevanje materiala s fazno spremembo: ena je škatla za shranjevanje iz črnega polietilena, ki ima velikost 50 cm × 30 cm × 14 cm (dolžina × višina × debelina) in je napolnjena z materiali za spreminjanje faze, tako da da lahko hrani in oddaja toploto;Drugič, razvita je nova vrsta stenske plošče s fazno menjavo.Stenska plošča s fazno menjavo je sestavljena iz fazno spreminjajočega se materiala, aluminijaste plošče, aluminijasto-plastične plošče in aluminijeve zlitine.Fazno spremenljivi material se nahaja na najbolj osrednjem položaju stenske plošče, njegova specifikacija pa je 200 mm × 200 mm × 50 mm.Je praškasta trdna snov pred in po fazni spremembi in ni pojava taljenja ali pretakanja.Štiri stene fazno spremenljivega materiala so aluminijasta plošča oziroma aluminijasto-plastična plošča.Ta naprava lahko izvaja funkcije predvsem shranjevanja toplote podnevi in ​​večinoma sproščanja toplote ponoči.

Zato obstaja nekaj težav pri uporabi posameznega toplotnoizolacijskega materiala, kot so nizka učinkovitost toplotne izolacije, velike toplotne izgube, kratek čas shranjevanja toplote itd. Zato je uporaba kompozitnega toplotnoizolacijskega materiala kot toplotnoizolacijskega sloja ter notranje in zunanje toplotne izolacije pokrivna plast naprave za shranjevanje toplote lahko učinkovito izboljša toplotno izolacijo rastlinjaka, zmanjša toplotne izgube rastlinjaka in tako doseže učinek varčevanja z energijo.

Raziskave in uporaba novega zidu

Kot neke vrste ograjena struktura je stena pomembna ovira za zaščito rastlinjaka pred mrazom in ohranjanje toplote.Glede na stenske materiale in konstrukcije lahko razvoj severne stene rastlinjaka razdelimo na tri vrste: enoslojna stena iz zemlje, opeke itd., in večplastna severna stena iz glinenih opek, blok opeke, polistirenske plošče itd., z notranjim hranilnikom toplote in zunanjo toplotno izolacijo, večina teh sten pa je zamudnih in delovno intenzivnih;Zato se je v zadnjih letih pojavilo veliko novih vrst sten, ki so enostavne za gradnjo in primerne za hitro montažo.

Pojav novih vrst sestavljenih sten spodbuja hiter razvoj sestavljenih rastlinjakov, vključno z novimi vrstami kompozitnih sten z zunanjimi vodoodpornimi površinskimi materiali in materiali proti staranju ter materiali, kot so klobučevina, biserni bombaž, vesoljski bombaž, stekleni bombaž ali reciklirani bombaž kot toplota. izolacijske plasti, kot so fleksibilne sestavljene stene iz z brizganjem vezanega bombaža v Xinjiangu.Poleg tega so druge študije poročale tudi o severni steni sestavljenega rastlinjaka s plastjo za shranjevanje toplote, kot je blok pšenične malte, napolnjen z opeko, v Xinjiangu.V istem zunanjem okolju, ko je najnižja zunanja temperatura -20,8 ℃, je temperatura v solarnem rastlinjaku s kompozitno steno iz pšenične malte 7,5 ℃, medtem ko je temperatura v solarnem rastlinjaku z opečno-betonsko steno 3,2 ℃.Čas obiranja paradižnika v zidanem rastlinjaku se lahko podaljša za 16 dni, pridelek v enem rastlinjaku pa poveča za 18,4 %.

Ekipa za objekte univerze Northwest A&F je predstavila idejo o oblikovanju slame, zemlje, vode, kamna in materialov za spreminjanje faz v toplotno izolacijo in module za shranjevanje toplote iz kota svetlobe in poenostavljenega oblikovanja sten, kar je spodbudilo raziskave uporabe modularnih sestavov. zid.Na primer, v primerjavi z navadnim rastlinjakom iz opečne stene je povprečna temperatura v rastlinjaku 4,0 ℃ višja na tipičen sončen dan.Tri vrste anorganskih fazno spremenjenih cementnih modulov, ki so narejeni iz fazno spremenjenega materiala (PCM) in cementa, imajo akumulirano toploto 74,5, 88,0 in 95,1 MJ/m³, in sproščeno toploto 59,8, 67,8 in 84,2 MJ/m³, oz.Podnevi imajo funkcijo "rezanja konice", ponoči "polnjenja doline", poleti absorbirajo toploto in pozimi oddajajo toploto.

Te nove stene so sestavljene na licu mesta, s kratkim časom gradnje in dolgo življenjsko dobo, kar ustvarja pogoje za gradnjo lahkih, poenostavljenih in hitro sestavljivih montažnih rastlinjakov in lahko močno pospeši strukturno reformo rastlinjakov.Vendar pa obstajajo nekatere napake pri tej vrsti stene, na primer toplotnoizolacijska prešita stena iz bombaža, vezanega z razprševanjem, ima odlično toplotno izolacijo, vendar nima zmogljivosti za shranjevanje toplote, gradbeni material s spremembo faze pa ima težave z visokimi stroški uporabe.V prihodnje je treba okrepiti raziskave uporabe sestavljene stene.

Nova energija, novi materiali in nove zasnove pomagajo spremeniti strukturo rastlinjaka.

Raziskave in inovacije nove energije in novih materialov zagotavljajo osnovo za inovativno oblikovanje rastlinjakov.Energijsko varčni sončni rastlinjak in lopa sta največji lopi v kitajski kmetijski proizvodnji in igrata pomembno vlogo v kmetijski proizvodnji.Vendar pa se z razvojem kitajskega socialnega gospodarstva vedno bolj kažejo pomanjkljivosti obeh vrst struktur objektov.Prvič, prostor objektnih struktur je majhen in stopnja mehanizacije je nizka;Drugič, energijsko varčen sončni rastlinjak ima dobro toplotno izolacijo, vendar je raba zemlje majhna, kar je enakovredno zamenjavi toplogredne energije z zemljo.Navadna lopa ni le prostorsko majhna, ampak ima tudi slabo toplotno izolacijo.Čeprav ima rastlinjak z več razponi velik prostor, ima slabo toplotno izolacijo in visoko porabo energije.Zato je nujno raziskati in razviti strukturo rastlinjaka, ki je primerna za trenutno družbeno in gospodarsko raven Kitajske, raziskave in razvoj nove energije in novih materialov pa bodo pomagali spremeniti strukturo rastlinjaka in proizvesti vrsto inovativnih modelov ali struktur rastlinjakov.

Inovativne raziskave asimetričnega pivovarskega rastlinjaka z velikim razponom, nadzorovanim z vodo

Asimetrični rastlinjak za pivovarstvo z velikim razponom (številka patenta: ZL 201220391214.2) temelji na principu rastlinjaka sončne svetlobe, spreminja simetrično strukturo navadnega plastičnega rastlinjaka, povečuje južni razpon, povečuje območje osvetlitve južne strehe, zmanjšuje severni razpon in zmanjšanje območja odvajanja toplote, z razponom 18~24m in višino grebena 6~7m.Z inovacijo oblikovanja se je prostorska struktura znatno povečala.Hkrati se problemi nezadostne toplote v rastlinjaku pozimi in slabe toplotne izolacije običajnih toplotnoizolacijskih materialov rešujejo z uporabo nove tehnologije toplotne toplote za pivovarstvo iz biomase in toplotnoizolacijskih materialov.Proizvodnja in rezultati raziskav kažejo, da lahko asimetrični pivovarski rastlinjak z velikim razponom, nadzorovanim z vodo, s povprečno temperaturo 11,7 ℃ v sončnih dneh in 10,8 ℃ v oblačnih dneh, zadovolji povpraševanje po rasti pridelkov pozimi in stroške gradnje rastlinjak se zmanjša za 39,6 %, stopnja izkoriščenosti zemljišča pa se poveča za več kot 30 % v primerjavi z rastlinjakom iz polistirenske opeke, ki je primeren za nadaljnjo popularizacijo in uporabo v porečju reke Huaihe na Kitajskem.

Sestavljen rastlinjak za sončno svetlobo

Sestavljeni rastlinjak za sončno svetlobo ima stebre in strešni skelet kot nosilno strukturo, njegov stenski material pa je v glavnem toplotnoizolacijsko ohišje, namesto nosilca in pasivnega shranjevanja in sproščanja toplote.Predvsem: (1) nova vrsta sestavljene stene se oblikuje s kombinacijo različnih materialov, kot so prevlečena folija ali barvna jeklena plošča, slamnati blok, fleksibilna toplotnoizolacijska odeja, maltni blok itd. (2) kompozitna stenska plošča iz montažne cementne plošče - polistirenske plošče-cementne plošče;(3) Lahka in enostavna vrsta toplotnoizolacijskih materialov z aktivnim sistemom za shranjevanje in sproščanje toplote ter sistemom za razvlaževanje, kot sta plastično kvadratno vedro za shranjevanje toplote in cevovodno shranjevanje toplote.Uporaba različnih novih toplotnoizolacijskih materialov in materialov za shranjevanje toplote namesto tradicionalnih zemeljskih zidov za gradnjo sončnega rastlinjaka ima velik prostor in majhne nizke gradnje.Eksperimentalni rezultati kažejo, da je temperatura rastlinjaka ponoči pozimi za 4,5 ℃ višja od temperature v tradicionalnem rastlinjaku z opečnimi stenami, debelina zadnje stene pa je 166 mm.V primerjavi s 600 mm debelim rastlinjakom iz opečne stene se zasedena površina stene zmanjša za 72 %, cena na kvadratni meter pa je 334,5 juana, kar je 157,2 juana nižje od cene rastlinjaka z opečno steno in stroški gradnje je občutno upadlo.Zato ima sestavljeni rastlinjak prednosti manjšega uničenja obdelovalne zemlje, prihranka zemlje, hitre gradnje in dolge življenjske dobe ter je ključna usmeritev za inovacije in razvoj solarnih rastlinjakov sedanjosti in v prihodnosti.

Drsna sončna greda

Energijsko varčen solarni rastlinjak, sestavljen na rolki, ki ga je razvila Kmetijska univerza Shenyang, uporablja zadnjo steno solarnega rastlinjaka za oblikovanje stenskega sistema za shranjevanje toplote s kroženjem vode za shranjevanje toplote in dvig temperature, ki je v glavnem sestavljen iz bazena (32 m).³), svetlobna zbirna plošča (360m²), vodno črpalko, vodovodno cev in krmilnik.Fleksibilna toplotnoizolacijska odeja je na vrhu nadomeščena z novim lahkim jeklenim materialom v barvi kamene volne.Raziskave kažejo, da ta zasnova učinkovito rešuje problem zatrepov, ki blokirajo svetlobo, in povečuje vstopno območje svetlobe v rastlinjak.Osvetlitveni kot rastlinjaka je 41,5°, kar je skoraj 16° višje kot pri kontrolnem rastlinjaku, kar izboljša stopnjo osvetlitve.Porazdelitev temperature v prostoru je enakomerna in rastline lepo rastejo.Prednosti rastlinjaka so izboljšanje učinkovitosti rabe zemlje, prilagodljivo načrtovanje velikosti rastlinjaka in skrajšanje obdobja gradnje, kar je zelo pomembno za zaščito virov obdelovalne zemlje in okolja.

Fotovoltaični rastlinjak

Kmetijski rastlinjak je rastlinjak, ki združuje sončno fotonapetostno proizvodnjo energije, inteligentni nadzor temperature in sodobno visokotehnološko zasaditev.Ima okvir iz jeklene kosti in je prekrit s solarnimi fotovoltaičnimi moduli, da zagotovi svetlobne zahteve fotovoltaičnih modulov za proizvodnjo električne energije in svetlobne zahteve celotnega rastlinjaka.Enosmerni tok, ki ga ustvarja sončna energija, neposredno dopolnjuje svetlobo kmetijskih rastlinjakov, neposredno podpira normalno delovanje rastlinjakov, poganja namakanje vodnih virov, zvišuje temperaturo v rastlinjakih in spodbuja hitro rast pridelkov.Fotovoltaični moduli bodo na ta način vplivali na učinkovitost osvetlitve strehe rastlinjaka in nato vplivali na normalno rast zelenjave v rastlinjaku.Zato postane racionalna postavitev fotovoltaičnih panelov na strehi rastlinjaka ključna točka uporabe.Kmetijski rastlinjak je proizvod organske kombinacije oglednega kmetijstva in vrtnarjenja in je inovativna kmetijska industrija, ki združuje fotovoltaično proizvodnjo električne energije, kmetijske oglede, kmetijske pridelke, kmetijsko tehnologijo, krajino in kulturni razvoj.

Inovativna zasnova skupine rastlinjakov z energijsko interakcijo med različnimi vrstami rastlinjakov

Guo Wenzhong, raziskovalec na Pekinški akademiji kmetijskih in gozdarskih znanosti, uporablja ogrevalno metodo prenosa energije med rastlinjaki za zbiranje preostale toplotne energije v enem ali več rastlinjakih za ogrevanje drugega ali več rastlinjakov.Ta način ogrevanja uresničuje prenos toplogredne energije v času in prostoru, izboljša učinkovitost energetske izrabe preostale toplogredne energije in zmanjša skupno porabo energije za ogrevanje.Obe vrsti rastlinjakov sta lahko različna tipa rastlinjaka ali isti tip rastlinjaka za sajenje različnih poljščin, kot so rastlinjaki za solato in paradižnik.Metode zbiranja toplote v glavnem vključujejo odvzem toplote notranjega zraka in neposredno prestrezanje vpadnega sevanja.Z zbiranjem sončne energije, prisilno konvekcijo s toplotnim izmenjevalnikom in prisilnim odvzemom s toplotno črpalko je bila presežna toplota v visokoenergijskem rastlinjaku odvzeta za ogrevanje rastlinjaka.

povzeti

Ti novi solarni rastlinjaki imajo prednosti hitre montaže, skrajšanega obdobja gradnje in izboljšane stopnje izkoriščenosti zemljišča.Zato je treba nadalje raziskati učinkovitost teh novih rastlinjakov na različnih področjih in zagotoviti možnost za obsežno popularizacijo in uporabo novih rastlinjakov.Hkrati je treba nenehno krepiti uporabo nove energije in novih materialov v rastlinjakih, da bi zagotovili moč za strukturno reformo rastlinjakov.

Prihodnost in razmišljanje

Tradicionalni rastlinjaki imajo pogosto nekatere pomanjkljivosti, kot so visoka poraba energije, nizka stopnja izkoriščenosti zemljišč, zamudnost časa in dela, slaba učinkovitost itd., ki ne morejo več zadostiti proizvodnim potrebam sodobnega kmetijstva in bodo postopoma izginile. odpraviti.Zato je razvojni trend uporaba novih virov energije, kot so sončna energija, energija biomase, geotermalna energija in vetrna energija, novi materiali za uporabo v rastlinjakih in novi dizajni za spodbujanje strukturnih sprememb rastlinjakov.Prvič, novi rastlinjak, ki ga poganjajo nova energija in novi materiali, ne bi smel le zadostiti potrebam mehaniziranega delovanja, ampak tudi prihraniti energijo, zemljo in stroške.Drugič, nenehno je treba raziskovati učinkovitost novih rastlinjakov na različnih področjih, da se zagotovijo pogoji za obsežno popularizacijo rastlinjakov.V prihodnosti bi morali še naprej iskati novo energijo in nove materiale, primerne za uporabo v rastlinjaku, ter poiskati najboljšo kombinacijo nove energije, novih materialov in rastlinjaka, da bi omogočili gradnjo novega rastlinjaka z nizkimi stroški in kratko gradnjo. obdobje, nizka poraba energije in odlična učinkovitost, pomagajo spremeniti strukturo rastlinjakov in spodbujajo razvoj modernizacije rastlinjakov na Kitajskem.

Čeprav je uporaba nove energije, novih materialov in novih modelov pri gradnji rastlinjakov neizogiben trend, je še vedno veliko težav, ki jih je treba preučiti in premagati: (1) Stroški gradnje se povečajo.V primerjavi s klasičnim ogrevanjem na premog, zemeljski plin ali nafto je uporaba nove energije in novih materialov okolju prijazna in brez onesnaževanja, vendar se bistveno povečajo stroški gradnje, kar ima določen vpliv na povračilo naložb v proizvodnjo in obratovanje. .V primerjavi z izrabo energije se bodo stroški novih materialov bistveno povečali.(2) Nestabilen izkoristek toplotne energije.Največja prednost nove izrabe energije so nizki obratovalni stroški in nizek izpust ogljikovega dioksida, vendar je oskrba z energijo in toploto nestabilna, oblačni dnevi pa postanejo največji omejitveni dejavnik pri izrabi sončne energije.V procesu proizvodnje toplote biomase s fermentacijo je učinkovit izkoristek te energije omejen zaradi nizke fermentacijske toplotne energije, težavnega upravljanja in nadzora ter velikega skladiščnega prostora za transport surovin.(3) Tehnološka zrelost.Te tehnologije, ki jih uporablja nova energija in novi materiali, so napredni raziskovalni in tehnološki dosežki, njihovo področje uporabe in obseg pa sta še precej omejena.Niso prestali velikokrat, veliko spletnih mest in obsežno preverjanje prakse, neizogibno pa obstajajo nekatere pomanjkljivosti in tehnične vsebine, ki jih je treba izboljšati pri uporabi.Uporabniki pogosto zanikajo napredek tehnologije zaradi manjših pomanjkljivosti.(4) Stopnja prodora tehnologije je nizka.Široka uporaba znanstvenega in tehnološkega dosežka zahteva določeno popularnost.Trenutno so nova energija, nova tehnologija in nova tehnologija oblikovanja rastlinjakov vse v ekipi znanstvenoraziskovalnih centrov na univerzah z določeno inovacijsko sposobnostjo, večina tehničnih povpraševalcev ali oblikovalcev pa še vedno ne ve;Hkrati sta popularizacija in uporaba novih tehnologij še vedno precej omejeni, saj je osnovna oprema novih tehnologij patentirana.(5) Vključevanje nove energije, novih materialov in zasnove rastlinjakov je treba še okrepiti.Ker energija, materiali in načrtovanje rastlinjakov pripadajo trem različnim disciplinam, talentom z izkušnjami pri oblikovanju rastlinjakov pogosto primanjkuje raziskav o energiji in materialih, povezanih z rastlinjaki, in obratno;Zato morajo raziskovalci, povezani z raziskavami energije in materialov, okrepiti preiskavo in razumevanje dejanskih potreb razvoja rastlinjakov, strukturni načrtovalci pa bi morali preučevati tudi nove materiale in novo energijo, da bi spodbudili globoko integracijo treh odnosov, da bi dosegli cilj praktične raziskovalne tehnologije v rastlinjaku, nizki stroški gradnje in dober učinek uporabe.Na podlagi navedenih problemov se predlaga, da država, lokalne samouprave in znanstveno-raziskovalna središča okrepijo tehnične raziskave, izvajajo poglobljene skupne raziskave, okrepijo javnost znanstvenih in tehnoloških dosežkov, izboljšajo popularizacijo dosežkov in hitro uresničijo cilj nove energije in novih materialov za pomoč novemu razvoju industrije rastlinjakov.

Citirane informacije

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nova energija, novi materiali in nov dizajn pomagajo novi revoluciji rastlinjakov [J].Zelenjava, 2022, (10):1-8.