Tehnologija vrtnarjenja v rastlinjakih, objavljeno v Pekingu 2. 12. 2022 ob 17:30

Razvoj sončnih rastlinjakov na neobdelanih območjih, kot so puščave, Gobi in peščena zemljišča, je učinkovito rešil protislovje med hrano in zelenjavo, ki se potegujeta za zemljo. To je eden od odločilnih okoljskih dejavnikov za rast in razvoj temperaturnih poljščin, ki pogosto določa uspeh ali neuspeh pridelave rastlinjakov. Zato moramo za razvoj sončnih rastlinjakov na neobdelanih območjih najprej rešiti problem temperature okolja v rastlinjakih. V tem članku so povzete metode nadzora temperature, ki so se v zadnjih letih uporabljale v rastlinjakih na neobdelanih zemljiščih, ter analizirani in povzeti obstoječi problemi in smeri razvoja temperature in varstva okolja v sončnih rastlinjakih na neobdelanih zemljiščih.

Kitajska ima veliko prebivalstvo in manj razpoložljivih zemljiških virov. Več kot 85 % zemljiških virov je neobdelanih zemljiških virov, ki so večinoma skoncentrirani na severozahodu Kitajske. V dokumentu št. 1 Centralnega komiteja iz leta 2022 je bilo poudarjeno, da je treba pospešiti razvoj kmetijske mehanizacije in na podlagi varovanja ekološkega okolja raziskati izkoriščena neizkoriščena zemljišča in pustinje za razvoj kmetijske mehanizacije. Severozahodna Kitajska je bogata s puščavskimi, puščavskimi, pustinjami in drugimi neobdelanimi zemljiškimi viri ter naravnimi svetlobnimi in toplotnimi viri, ki so primerni za razvoj kmetijske mehanizacije. Zato je razvoj in uporaba neobdelanih zemljiških virov za razvoj rastlinjakov na neobdelanih zemljiščih velikega strateškega pomena za zagotavljanje nacionalne prehranske varnosti in lajšanje konfliktov pri rabi zemljišč.

Trenutno so neobdelani sončni rastlinjaki glavna oblika visoko učinkovitega kmetijskega razvoja na neobdelanih zemljiščih. Na severozahodu Kitajske je temperaturna razlika med dnevom in nočjo velika, pozimi pa je temperatura ponoči nizka, kar pogosto vodi do pojava, da je notranja minimalna temperatura nižja od temperature, potrebne za normalno rast in razvoj poljščin. Temperatura je eden od nepogrešljivih okoljskih dejavnikov za rast in razvoj poljščin. Prenizka temperatura bo upočasnila fiziološke in biokemične reakcije poljščin ter upočasnila njihovo rast in razvoj. Ko je temperatura nižja od meje, ki jo poljščine lahko prenesejo, bo to povzročilo celo zmrzal. Zato je še posebej pomembno zagotoviti temperaturo, potrebno za normalno rast in razvoj poljščin. Vzdrževanje ustrezne temperature v sončnem rastlinjaku ni en sam ukrep, ki bi ga bilo mogoče rešiti. Zagotoviti jo je treba z vidika načrtovanja, gradnje, izbire materialov, regulacije in vsakodnevnega upravljanja rastlinjakov. Zato bo ta članek povzel stanje raziskav in napredek pri nadzoru temperature v negovanih rastlinjakih na Kitajskem v zadnjih letih z vidika načrtovanja in gradnje rastlinjakov, ukrepov za ohranjanje toplote in ogrevanje ter okoljskega upravljanja, da bi zagotovil sistematično referenco za racionalno načrtovanje in upravljanje negovanih rastlinjakov.

Struktura in materiali rastlinjaka

Toplotno okolje rastlinjaka je v glavnem odvisno od prenosne, prestrezne in shranjevalne zmogljivosti rastlinjaka za sončno sevanje, kar je povezano z ustrezno zasnovo orientacije rastlinjaka, obliko in materialom svetlobno prepustne površine, strukturo in materialom sten in zadnje strehe, izolacijo temeljev, velikostjo rastlinjaka, načinom nočne izolacije in materialom sprednje strehe itd., pa tudi s tem, ali lahko gradnja in postopek gradnje rastlinjaka zagotovita učinkovito uresničitev projektnih zahtev.

Prepustnost svetlobe sprednje strehe

Glavna energija v rastlinjaku prihaja iz sonca. Povečanje prenosne zmogljivosti svetlobe sprednje strehe je koristno za rastlinjak, da dobi več toplote, in je tudi pomembna osnova za zagotavljanje temperaturnega okolja v rastlinjaku pozimi. Trenutno obstajajo tri glavne metode za povečanje prenosne zmogljivosti svetlobe in časa sprejema svetlobe sprednje strehe rastlinjaka.

01 zasnova razumne orientacije in azimuta rastlinjaka

Orientacija rastlinjaka vpliva na svetlobno učinkovitost rastlinjaka in njegovo zmogljivost shranjevanja toplote. Zato so rastlinjaki brez gojene zemlje na severozahodu Kitajske za večjo količino shranjene toplote obrnjeni proti jugu. Za specifični azimut rastlinjaka je pri izbiri smeri od juga proti vzhodu koristno "ujeti sonce", saj se notranja temperatura zjutraj hitro dvigne; pri izbiri smeri od juga proti zahodu je za rastlinjak koristno izkoristiti popoldansko svetlobo. Južna smer je kompromis med zgornjima dvema situacijama. Glede na geofiziko se Zemlja v enem dnevu zavrti za 360°, azimut sonca pa se premakne za približno 1° vsake 4 minute. Zato se bo vsakič, ko se azimut rastlinjaka razlikuje za 1°, čas neposredne sončne svetlobe razlikoval za približno 4 minute, kar pomeni, da azimut rastlinjaka vpliva na čas, ko rastlinjak zjutraj in zvečer vidi svetlobo.

Ko sta jutranja in popoldanska svetloba enaki in sta vzhod ali zahod pod enakim kotom, bo rastlinjak prejel enako število svetlobnih ur. Vendar pa je na območju severno od 37° severne zemljepisne širine zjutraj temperatura nizka in je odkrivanje prevleke pozno, medtem ko je temperatura popoldne in zvečer relativno visoka, zato je primerno, da se zapiranje toplotnoizolacijske prevleke odloži. Zato je treba na teh območjih izbrati smer jug-zahod in v celoti izkoristiti popoldansko svetlobo. Na območjih od 30° do 35° severne zemljepisne širine se lahko zaradi boljših svetlobnih razmer zjutraj čas ohranjanja toplote in odkrivanja prevleke prav tako pospeši. Zato je treba na teh območjih izbrati smer jug-vzhod, da bi rastlinjak prejel več jutranjega sončnega sevanja. Vendar pa je na območju od 35° do 37° severne zemljepisne širine razlika v sončnem sevanju zjutraj in popoldne majhna, zato je bolje izbrati smer naravnost proti jugu. Ne glede na to, ali gre za jugovzhod ali jugozahod, je kot odklona običajno 5° ~ 8°, največji pa ne sme presegati 10°. Severozahodna Kitajska leži v območju od 37° do 50° severne zemljepisne širine, zato je azimutni kot rastlinjaka običajno od juga proti zahodu. Glede na to je rastlinjak, ki ga je zasnoval Zhang Jingshe itd. na območju Taiyuan, izbral orientacijo 5° zahodno od juga, rastlinjak, ki ga je zgradil Chang Meimei itd. na območju Gobi v koridorju Hexi, pa je izbral orientacijo od 5° do 10° zahodno od juga, rastlinjak, ki ga je zgradil Ma Zhigui itd. na severu Xinjianga, pa je izbral orientacijo 8° zahodno od juga.

02 Oblikujte razumno obliko in kot naklona sprednje strehe

Oblika in naklon sprednje strehe določata vpadni kot sončnih žarkov. Manjši kot je vpadni kot, večja je prepustnost svetlobe. Sun Juren meni, da obliko sprednje strehe v glavnem določa razmerje med dolžino glavne svetlobne površine in zadnjim naklonom. Dolg sprednji in kratek zadnji naklon sta koristna za osvetlitev in ohranjanje toplote sprednje strehe. Chen Wei-Qian in drugi menijo, da ima glavna svetlobna streha sončnih rastlinjakov, ki se uporabljajo na območju Gobi, krožni lok s polmerom 4,5 m, ki lahko učinkovito upira mrazu. Zhang Jingshe in drugi menijo, da je v alpskih in visokozemljepisnih območjih primerneje uporabiti polkrožni lok na sprednji strehi rastlinjaka. Kar zadeva naklonski kot sprednje strehe, je glede na značilnosti prepustnosti svetlobe plastične folije odbojnost sprednje strehe na sončno svetlobo majhna, ko je vpadni kot 0 ~ 40°, pa se odbojnost znatno poveča. Zato se za izračun kota naklona sprednje strehe kot največji vpadni kot vzame 40°, tako da lahko sončno sevanje tudi med zimskim solsticijem v največji meri vstopi v rastlinjak. He Bin in drugi so pri načrtovanju sončnega rastlinjaka, primernega za neobdelana območja v Wuhaiju v Notranji Mongoliji, izračunali kot naklona sprednje strehe z vpadnim kotom 40° in menili, da če je večji od 30°, lahko izpolnjuje zahteve glede osvetlitve rastlinjaka in ohranjanja toplote. Zhang Caihong in drugi menijo, da je pri gradnji rastlinjakov na neobdelanih območjih Xinjianga kot naklona sprednje strehe rastlinjakov v južnem Xinjiangu 31°, medtem ko je v severnem Xinjiangu 32°~33,5°.

03 Izberite ustrezne prozorne pokrivne materiale.

Poleg vpliva zunanjih sončnih razmer so pomembni dejavniki, ki vplivajo na svetlobno in toplotno okolje v rastlinjaku, tudi material in lastnosti prenosa svetlobe folije za rastlinjake. Trenutno se prepustnost svetlobe plastičnih folij, kot so PE, PVC, EVA in PO, razlikuje zaradi različnih materialov in debelin folije. Na splošno je mogoče zagotoviti, da je prepustnost svetlobe folij, ki se uporabljajo 1-3 leta, v celoti nad 88 %, kar je treba izbrati glede na potrebe po svetlobi in temperaturi pridelkov. Poleg prepustnosti svetlobe v rastlinjaku je dejavnik, ki mu ljudje posvečajo vse več pozornosti, tudi porazdelitev svetlobnega okolja v rastlinjaku. Zato so v zadnjih letih materiali za prekrivanje s prepustnostjo svetlobe in izboljšanim razprševanjem svetlobe postali zelo cenjeni v industriji, zlasti na območjih z močnim sončnim sevanjem na severozahodu Kitajske. Uporaba folije z izboljšanim razprševanjem svetlobe je zmanjšala učinek senčenja na zgornjem in spodnjem delu krošnje rastlin, povečala svetlobo v srednjem in spodnjem delu krošnje rastlin, izboljšala fotosintetske lastnosti celotnega pridelka ter pokazala dober učinek spodbujanja rasti in povečanja pridelkov.

Razumna zasnova velikosti rastlinjaka

Dolžina rastlinjaka je prevelika ali prekratka, kar vpliva na nadzor notranje temperature. Ko je dolžina rastlinjaka prekratka, je pred sončnim vzhodom in sončnim zahodom območje, ki ga zasenčujeta vzhodni in zahodni zatrep, veliko, kar ne prispeva k segrevanju rastlinjaka, zaradi majhne prostornine pa vpliva na absorpcijo in sproščanje toplote s strani tal in sten v notranjosti. Ko je dolžina prevelika, je težko nadzorovati notranjo temperaturo, kar vpliva na trdnost konstrukcije rastlinjaka in konfiguracijo mehanizma za zvijanje odeje za ohranjanje toplote. Višina in razpon rastlinjaka neposredno vplivata na dnevno osvetlitev sprednje strehe, velikost prostora v rastlinjaku in stopnjo izolacije. Ko sta razpon in dolžina rastlinjaka fiksna, lahko povečanje višine rastlinjaka poveča kot osvetlitve sprednje strehe z vidika svetlobnega okolja, kar ugodno vpliva na prenos svetlobe; z vidika toplotnega okolja se poveča višina stene in poveča površina za shranjevanje toplote zadnje stene, kar ugodno vpliva na shranjevanje in sproščanje toplote zadnje stene. Poleg tega je prostor velik, stopnja toplotne kapacitete je velika in toplotno okolje rastlinjaka je bolj stabilno. Seveda bo povečanje višine rastlinjaka povečalo stroške rastlinjaka, kar je treba celovito preučiti. Zato moramo pri načrtovanju rastlinjaka izbrati razumno dolžino, razpon in višino glede na lokalne razmere. Zhang Caihong in drugi na primer menijo, da je v severnem Xinjiangu dolžina rastlinjaka 50~80 m, razpon 7 m in višina rastlinjaka 3,9 m, medtem ko je v južnem Xinjiangu dolžina rastlinjaka 50~80 m, razpon 8 m in višina rastlinjaka 3,6~4,0 m; prav tako velja, da razpon rastlinjaka ne sme biti manjši od 7 m, in ko je razpon 8 m, je učinek ohranjanja toplote najboljši. Poleg tega Chen Weiqian in drugi menijo, da bi morala biti dolžina, razpon in višina sončnega rastlinjaka 80 m, 8~10 m oziroma 3,8~4,2 m, ko bo zgrajen na območju Gobi v Jiuquanu v Gansuju.

Izboljšajte shranjevanje toplote in izolacijsko sposobnost stene

Čez dan stena akumulira toploto z absorpcijo sončnega sevanja in toplote notranjega zraka. Ponoči, ko je notranja temperatura nižja od temperature stene, stena pasivno sprošča toploto za ogrevanje rastlinjaka. Kot glavni hranilnik toplote v rastlinjaku lahko stena znatno izboljša notranjo nočno temperaturo z izboljšanjem svoje zmogljivosti shranjevanja toplote. Hkrati je toplotnoizolacijska funkcija stene osnova za stabilnost toplotnega okolja v rastlinjaku. Trenutno obstaja več metod za izboljšanje zmogljivosti shranjevanja toplote in izolacijske sposobnosti sten.

01 zasnova razumne stenske strukture

Funkcija stene vključuje predvsem shranjevanje in ohranjanje toplote, hkrati pa večina sten rastlinjaka služi tudi kot nosilni elementi za podporo strešne kritine. Z vidika doseganja dobrega toplotnega okolja mora imeti razumna stenska konstrukcija dovolj zmogljivosti za shranjevanje toplote na notranji strani in dovolj zmogljivosti za ohranjanje toplote na zunanji strani, hkrati pa zmanjšuje nepotrebne hladne mostove. V raziskavah o shranjevanju toplote in izolaciji sten so Bao Encai in drugi zasnovali pasivno steno za shranjevanje toplote iz strjenega peska v puščavskem območju Wuhai v Notranji Mongoliji. Porozna opeka je bila uporabljena kot izolacijska plast na zunanji strani, strjen pesek pa kot plast za shranjevanje toplote na notranji strani. Preskus je pokazal, da lahko notranja temperatura v sončnih dneh doseže 13,7 ℃. Ma Yuehong in drugi so v severnem Xinjiangu zasnovali kompozitno steno iz malte iz pšeničnih lupin, pri kateri je živo apno napolnjeno v maltne bloke kot plast za shranjevanje toplote, zunaj pa so zložene vreče žlindre kot izolacijska plast. Votla zidna stena, ki jo je zasnoval Zhao Peng in drugi na območju Gobi v provinci Gansu, uporablja 100 mm debelo benzensko ploščo kot izolacijsko plast na zunanji strani in peščeno in votlo opeko kot plast za shranjevanje toplote na notranji strani. Preskus je pokazal, da je povprečna zimska temperatura ponoči nad 10 °C, Chai Regeneration in drugi pa prav tako uporabljajo pesek in gramoz kot izolacijsko plast in plast za shranjevanje toplote v steni na območju Gobi v provinci Gansu. Kar zadeva zmanjšanje hladnih mostov, je Yan Junyue in drugi zasnoval lahko in poenostavljeno sestavljeno zadnjo steno, ki ni le izboljšala toplotne odpornosti stene, temveč je tudi izboljšala tesnilne lastnosti stene z lepljenjem polistirenske plošče na zunanjo stran zadnje stene; Wu Letian in drugi so nad temelje stene rastlinjaka namestili armiranobetonski obročasti nosilec in tik nad obročastim nosilcem uporabili trapezoidno opečno žigosanje za podporo zadnje strehe, kar je rešilo problem razpok in posedanja temeljev v rastlinjakih v Hotianu v Xinjiangu, kar vpliva na toplotno izolacijo rastlinjakov.

02 Izberite ustrezne materiale za shranjevanje toplote in izolacijo.

Učinek shranjevanja toplote in izolacije stene je najprej odvisen od izbire materialov. V severozahodni puščavi, Gobi, peščenih območjih in drugih območjih so raziskovalci glede na terenske razmere uporabili lokalne materiale in drzno poskušali zasnovati številne različne vrste zadnjih sten sončnih rastlinjakov. Na primer, ko so Zhang Guosen in drugi gradili rastlinjake na peščenih in gramoznih poljih v Gansuju, so kot plast za shranjevanje toplote in izolacijo sten uporabili pesek in gramoz. Glede na značilnosti puščave Gobi in severozahodne Kitajske je Zhao Peng zasnoval nekakšno steno iz votlih blokov s peščenjakom in votlimi bloki kot materialoma. Preizkus je pokazal, da je povprečna notranja nočna temperatura nad 10 °C. Glede na pomanjkanje gradbenih materialov, kot sta opeka in glina v regiji Gobi na severozahodu Kitajske, so Zhou Changji in drugi pri raziskovanju sončnih rastlinjakov v regiji Gobi v Kizilsu Kirgiz v Xinjiangu ugotovili, da lokalni rastlinjaki običajno uporabljajo kamenčke kot stenske materiale. Glede na toplotne lastnosti in mehansko trdnost kamenčkov ima rastlinjak, zgrajen s kamenčki, dobre lastnosti glede ohranjanja toplote, shranjevanja toplote in nosilnosti. Podobno so Zhang Yong in drugi prav tako uporabljali kamenčke kot glavni material za stene in zasnovali neodvisno zadnjo steno iz kamenčkov za shranjevanje toplote v Shanxiju in drugod. Preizkus je pokazal dober učinek shranjevanja toplote. Zhang in drugi so zasnovali nekakšno peščenjakovo steno v skladu z značilnostmi severozahodnega območja Gobi, ki lahko dvigne notranjo temperaturo za 2,5 ℃. Poleg tega so Ma Yuehong in drugi v Hotianu v Xinjiangu testirali zmogljivost shranjevanja toplote peščene stene, napolnjene z bloki, stene iz blokov in opečne stene. Rezultati so pokazali, da ima peščena stena, napolnjena z bloki, največjo zmogljivost shranjevanja toplote. Poleg tega raziskovalci aktivno razvijajo nove materiale in tehnologije za shranjevanje toplote, da bi izboljšali učinkovitost shranjevanja toplote stene. Bao Encai je na primer predlagal material s fazno spremembo, ki se lahko uporabi za izboljšanje zmogljivosti shranjevanja toplote zadnje stene sončnega rastlinjaka na severozahodnih neobdelanih območjih. Med raziskovanjem lokalnih materialov se kot materiali za stene uporabljajo tudi seno, žlindra, benzenska plošča in slama, vendar imajo ti materiali običajno le funkcijo ohranjanja toplote in nimajo zmogljivosti shranjevanja toplote. Na splošno imajo stene, napolnjene z gramozom in bloki, dobro sposobnost shranjevanja toplote in izolacije.

03 Ustrezno povečajte debelino stene

Običajno je toplotna upornost pomemben kazalnik za merjenje toplotne izolacijske učinkovitosti stene, dejavnik, ki vpliva na toplotno upornost, pa je poleg toplotne prevodnosti materiala tudi debelina plasti materiala. Zato lahko na podlagi izbire ustreznih toplotnoizolacijskih materialov ustrezno povečanje debeline stene poveča skupno toplotno upornost stene in zmanjša izgubo toplote skozi steno, s čimer se poveča toplotna izolacija in zmogljivost shranjevanja toplote stene in celotnega rastlinjaka. Na primer, v Gansuju in drugih območjih je povprečna debelina stene iz vreč peska v mestu Zhangye 2,6 m, medtem ko je debelina zida iz malte v mestu Jiuquan 3,7 m. Debelejša kot je stena, večja je njena toplotna izolacija in zmogljivost shranjevanja toplote. Vendar pa bodo predebele stene povečale zasedenost zemljišča in stroške gradnje rastlinjaka. Zato bi morali z vidika izboljšanja toplotne izolacijske zmogljivosti dati prednost izbiri visokokakovostnih toplotnoizolacijskih materialov z nizko toplotno prevodnostjo, kot so polistiren, poliuretan in drugi materiali, nato pa ustrezno povečati debelino.

Razumna zasnova zadnje strehe

Pri načrtovanju zadnje strehe je glavni dejavnik, da se prepreči vpliv senčenja in izboljša toplotnoizolacijska sposobnost. Da bi zmanjšali vpliv senčenja na zadnjo streho, je nastavitev njenega naklonskega kota odvisna predvsem od dejstva, da lahko zadnja streha podnevi, ko se sadijo in pridelujejo pridelki, prejema neposredno sončno svetlobo. Zato se naklonski kot zadnje strehe običajno izbere tako, da je boljši od lokalnega sončnega višinskega kota zimskega solsticija, ki znaša 7°~8°. Zhang Caihong in drugi na primer menijo, da je pri gradnji sončnih rastlinjakov v Gobiju in na slano-alkalnih območjih Xinjianga predvidena dolžina zadnje strehe 1,6 m, zato je naklonski kot zadnje strehe 40° v južnem Xinjiangu in 45° v severnem Xinjiangu. Chen Wei-Qian in drugi menijo, da bi morala biti zadnja streha sončnega rastlinjaka v območju Jiuquan Gobi nagnjena pod kotom 40°. Pri toplotni izolaciji zadnje strehe je treba toplotnoizolacijsko zmogljivost zagotoviti predvsem z izbiro toplotnoizolacijskih materialov, potrebno debelino in razumnim prekrivanjem toplotnoizolacijskih materialov med gradnjo.

Zmanjšajte izgubo toplote iz tal

Pozimi ponoči se zaradi višje temperature tal v zaprtih prostorih kot pri zunanjih tleh toplota notranjih tal s toplotnim prevajanjem prenaša na zunanjost, kar povzroča izgubo toplote v rastlinjaku. Obstaja več načinov za zmanjšanje izgube toplote tal.

01 izolacija tal

Zemlja se pravilno ugrezne, pri čemer se izogne ​​plasti zamrznjene zemlje in uporablja zemljo za ohranjanje toplote. Na primer, sončni rastlinjak "1448 iz treh materialov in enega telesa", ki ga je razvilo podjetje Chai Regeneration na drugih neobdelanih zemljiščih v koridorju Hexi, je bil zgrajen z 1 m globokim kopanjem, s čimer se je učinkovito izognilo plasti zamrznjene zemlje; Glede na to, da je globina zamrznjene zemlje na območju Turpana 0,8 m, so Wang Huamin in drugi predlagali 0,8 m globoko kopanje za izboljšanje toplotne izolacijske sposobnosti rastlinjaka. Ko je Zhang Guosen itd. zgradil zadnjo steno dvojnega loka z dvojno folijo za kopanje sončnega rastlinjaka na neobdelovalnih zemljiščih, je bila globina kopanja 1 m. Poskus je pokazal, da se je najnižja temperatura ponoči zvišala za 2~3 ℃ v primerjavi s tradicionalnim sončnim rastlinjakom druge generacije.

02 zaščita temeljev pred mrazom

Glavna metoda je izkop hladno odpornega jarka vzdolž temeljnega dela sprednje strehe, zasipanje toplotnoizolacijskih materialov ali neprekinjeno zakopavanje toplotnoizolacijskih materialov pod zemljo vzdolž temeljnega stenskega dela, kar vse skupaj zmanjšuje toplotne izgube, ki jih povzroča prenos toplote skozi tla na robnem delu rastlinjaka. Uporabljeni toplotnoizolacijski materiali so v glavnem odvisni od lokalnih razmer na severozahodu Kitajske in jih je mogoče dobiti lokalno, kot so seno, žlindra, kamena volna, polistirenske plošče, koruzna slama, konjski gnoj, odpadlo listje, lomljena trava, žagovina, plevel, slama itd.

03 folija za mulčenje

S prekrivanjem s plastično folijo lahko sončna svetloba čez dan doseže zemljo skozi plastično folijo, kjer zemlja absorbira sončno toploto in se segreje. Poleg tega lahko plastična folija blokira dolgovalovno sevanje, ki se odbija od zemlje, s čimer zmanjša sevalne izgube tal in poveča shranjevanje toplote v tleh. Ponoči lahko plastična folija ovira konvektivno izmenjavo toplote med zemljo in zrakom v zaprtih prostorih, s čimer zmanjša toplotne izgube tal. Hkrati lahko plastična folija zmanjša tudi latentne toplotne izgube, ki jih povzroča izhlapevanje vode iz zemlje. Wei Wenxiang je rastlinjak na planoti Qinghai prekril s plastično folijo, poskus pa je pokazal, da se je mogoče temperaturo tal dvigniti za približno 1 ℃.

Okrepite toplotnoizolacijske lastnosti sprednje strehe

Sprednja streha rastlinjaka je glavna površina za odvajanje toplote, izgubljena toplota pa predstavlja več kot 75 % vseh toplotnih izgub v rastlinjaku. Zato lahko okrepitev toplotnoizolacijske zmogljivosti sprednje strehe rastlinjaka učinkovito zmanjša izgube skozi sprednjo streho in izboljša zimsko temperaturno okolje v rastlinjaku. Trenutno obstajajo trije glavni ukrepi za izboljšanje toplotnoizolacijske zmogljivosti sprednje strehe.

01 Uporabljena je večplastna prozorna prevleka.

Strukturno lahko uporaba dvoslojne ali troslojne folije kot svetlobno prepustne površine rastlinjaka učinkovito izboljša toplotnoizolacijske lastnosti rastlinjaka. Na primer, Zhang Guosen in drugi so na območju Gobi v mestu Jiuquan zasnovali dvojni ločni dvojni filmski sončni rastlinjak vkopnega tipa. Zunanjost sprednje strehe rastlinjaka je izdelana iz EVA folije, notranjost rastlinjaka pa iz PVC folije proti staranju, ki ne kaplja. Poskusi kažejo, da je v primerjavi s tradicionalnim sončnim rastlinjakom druge generacije učinek toplotne izolacije izjemen, najnižja temperatura ponoči pa se v povprečju dvigne za 2–3 ℃. Podobno so Zhang Jingshe in drugi zasnovali sončni rastlinjak z dvojno folijo za podnebne značilnosti visokih zemljepisnih širin in hudih mrazov, kar je znatno izboljšalo toplotno izolacijo rastlinjaka. V primerjavi s kontrolnim rastlinjakom se je nočna temperatura zvišala za 3 ℃. Poleg tega so Wu Letian in drugi poskušali uporabiti tri plasti 0,1 mm debele EVA folije na sprednji strehi sončnega rastlinjaka, zasnovanega v puščavskem območju Hetian v Xinjiangu. Večplastna folija lahko učinkovito zmanjša toplotne izgube sprednje strehe, vendar ker je prepustnost svetlobe enoslojne folije v osnovi približno 90 %, večplastna folija seveda povzroči zmanjšanje prepustnosti svetlobe. Zato je pri izbiri večplastne prevleke s prepustnostjo svetlobe treba ustrezno upoštevati svetlobne pogoje in svetlobne zahteve rastlinjakov.

02 Okrepite nočno izolacijo sprednje strehe

Na sprednji strehi se čez dan uporablja plastična folija za povečanje prepustnosti svetlobe, ponoči pa postane najšibkejše mesto v celotnem rastlinjaku. Zato je prekrivanje zunanje površine sprednje strehe z debelo kompozitno toplotnoizolacijsko odejo nujen toplotnoizolacijski ukrep za sončne rastlinjake. Na primer, v alpski regiji Qinghai so Liu Yanjie in drugi za poskuse uporabili slamnate zavese in kraft papir kot toplotnoizolacijske odeje. Rezultati testov so pokazali, da lahko najnižja notranja temperatura v rastlinjaku ponoči doseže nad 7,7 ℃. Poleg tega Wei Wenxiang meni, da je mogoče toplotne izgube rastlinjaka zmanjšati za več kot 90 % z uporabo dvojnih travnatih zaves ali kraft papirja na zunanjih travnatih zavesah za toplotno izolacijo na tem območju. Poleg tega so Zou Ping in drugi v sončnem rastlinjaku v regiji Gobi v Xinjiangu uporabili toplotnoizolacijsko odejo iz recikliranega iglanega filca, Chang Meimei in drugi pa so v sončnem rastlinjaku v regiji Gobi v koridorju Hexi uporabili toplotnoizolacijsko sendvič bombažno odejo iz bombaža. Trenutno se v sončnih rastlinjakih uporablja veliko vrst toplotnoizolacijskih odej, večina pa je izdelanih iz iglanega filca, bombaža z lepljenim brizganjem, bisernega bombaža itd., z vodoodpornimi ali proti staranju odpornimi površinskimi plastmi na obeh straneh. Glede na mehanizem toplotne izolacije toplotnoizolacijske odeje bi morali za izboljšanje njene toplotnoizolacijske učinkovitosti začeti z izboljšanjem njene toplotne odpornosti in zmanjšanjem koeficienta prenosa toplote, glavni ukrepi pa so zmanjšanje toplotne prevodnosti materialov, povečanje debeline plasti materiala ali povečanje števila plasti materiala itd. Zato je trenutno osrednji material toplotnoizolacijske odeje z visoko toplotnoizolacijsko učinkovitostjo pogosto izdelan iz večplastnih kompozitnih materialov. Glede na test lahko koeficient prenosa toplote toplotnoizolacijske odeje z visoko toplotnoizolacijsko učinkovitostjo trenutno doseže 0,5 W/(m2℃), kar zagotavlja boljše zagotovilo za toplotno izolacijo rastlinjakov v hladnih območjih pozimi. Seveda je severozahodno območje vetrovno in prašno, ultravijolično sevanje pa močno, zato mora imeti površinska plast toplotnoizolacijske odeje dobro proti staranju učinkovitost.

03 Dodajte notranjo toplotnoizolacijsko zaveso.

Čeprav je sprednja streha rastlinjaka na sončni svetlobi ponoči prekrita z zunanjo toplotnoizolacijsko odejo, je sprednja streha ponoči še vedno šibka točka celotnega rastlinjaka v primerjavi z drugimi konstrukcijami celotnega rastlinjaka. Zato je projektna ekipa »Konstrukcija in gradbena tehnologija rastlinjaka na severozahodnih neobdelovalnih zemljiščih« zasnovala preprost notranji toplotnoizolacijski sistem zvitega roloja (slika 1), katerega struktura je sestavljena iz fiksne notranje toplotnoizolacijske zavese na sprednjem vznožju in premične notranje toplotnoizolacijske zavese v zgornjem prostoru. Zgornja premična toplotnoizolacijska zavesa se čez dan odpre in zloži na zadnji steni rastlinjaka, kar ne vpliva na osvetlitev rastlinjaka; fiksna toplotnoizolacijska odeja na dnu ponoči služi kot tesnilo. Zasnova notranje izolacije je čista in enostavna za uporabo, poleti pa lahko služi tudi kot senčenje in hlajenje.

Tehnologija aktivnega segrevanja

Zaradi nizkih zimskih temperatur na severozahodu Kitajske, če se zanašamo le na ohranjanje in shranjevanje toplote v rastlinjakih, še vedno ne moremo izpolniti zahtev za prezimovanje pridelkov v nekaterih hladnih vremenskih razmerah, zato so potrebni tudi nekateri aktivni ukrepi ogrevanja.

Sistem za shranjevanje sončne energije in sproščanje toplote

Pomemben razlog je, da ima stena funkcijo ohranjanja toplote, shranjevanja toplote in nosilnosti, kar vodi do visokih stroškov gradnje in nizke stopnje izkoriščenosti zemljišč za sončne rastlinjake. Zato bosta poenostavitev in montaža sončnih rastlinjakov v prihodnosti zagotovo pomembna razvojna smer. Med njimi je poenostavitev funkcije stene, ki sprosti funkcijo shranjevanja in sproščanja toplote, tako da zadnja stena nosi le funkcijo ohranjanja toplote, kar je učinkovit način za poenostavitev razvoja. Na primer, Fang Huijev sistem aktivnega shranjevanja in sproščanja toplote (slika 2) se pogosto uporablja na neobdelovanih območjih, kot so Gansu, Ningxia in Xinjiang. Njegova naprava za zbiranje toplote je nameščena na severni steni. Čez dan se toplota, ki jo zbere naprava za zbiranje toplote, shrani v telesu za shranjevanje toplote s kroženjem medija za shranjevanje toplote, ponoči pa se toplota sprosti in segreje s kroženjem medija za shranjevanje toplote, s čimer se doseže prenos toplote v času in prostoru. Poskusi kažejo, da se lahko z uporabo te naprave najnižja temperatura v rastlinjaku dvigne za 3~5 ℃. Wang Zhiwei in drugi so predlagali sistem ogrevanja z vodno zaveso za sončne rastlinjake v južnem puščavskem območju Xinjianga, ki lahko ponoči zviša temperaturo v rastlinjaku za 2,1 ℃.

Poleg tega so Bao Encai in drugi zasnovali aktivni sistem za kroženje toplote za severno steno. Čez dan se vroč zrak iz notranjosti s kroženjem aksialnih ventilatorjev pretaka skozi kanal za prenos toplote, vgrajen v severno steno, kanal za prenos toplote pa izmenjuje toploto s plastjo za shranjevanje toplote v notranjosti stene, kar znatno izboljša zmogljivost shranjevanja toplote v steni. Poleg tega sistem za shranjevanje toplote s sončnimi faznimi spremembami, ki ga je zasnoval Yan Yantao in drugi, čez dan shranjuje toploto v materialih s fazno spremembo prek sončnih kolektorjev, nato pa jo ponoči s kroženjem zraka odvaja v notranji zrak, kar lahko ponoči poveča povprečno temperaturo za 2,0 ℃. Zgoraj omenjene tehnologije in oprema za izkoriščanje sončne energije se odlikujejo po ekonomičnosti, varčevanju z energijo in nizkimi emisijami ogljika. Po optimizaciji in izboljšavah bi morale imeti dobre možnosti za uporabo na območjih z bogatimi viri sončne energije na severozahodu Kitajske.

Druge pomožne ogrevalne tehnologije

01 ogrevanje na biomaso

Steljnina, slama, kravji gnoj, ovčji gnoj in perutninski gnoj se pomešajo z biološkimi bakterijami in zakopljejo v zemljo v rastlinjaku. Med procesom fermentacije se ustvari veliko toplote in veliko koristnih sevov, organskih snovi in ​​CO2. Koristni sevi lahko zavirajo in uničujejo različne klice ter zmanjšajo pojav bolezni in škodljivcev v rastlinjaku; organska snov lahko postane gnojilo za pridelke; proizvedeni CO2 lahko izboljša fotosintezo pridelkov. Wei Wenxiang je na primer v sončnem rastlinjaku na planoti Qinghai zakopal vroča organska gnojila, kot so konjski gnoj, kravji gnoj in ovčji gnoj, v zemljo v zaprtih prostorih, kar je učinkovito zvišalo temperaturo tal. V sončnem rastlinjaku v puščavi Gansu je Zhou Zhilong za fermentacijo med pridelki uporabil slamo in organska gnojila. Test je pokazal, da se je mogoče temperaturo v rastlinjaku zvišati za 2~3 ℃.

02 ogrevanje na premog

Obstajajo umetne peči, varčni grelniki vode in ogrevanje. Wei Wenxiang je na primer po raziskavi na planoti Qinghai ugotovil, da se umetno ogrevanje s pečjo uporablja predvsem lokalno. Ta metoda ogrevanja ima prednosti hitrejšega segrevanja in očitnega učinka segrevanja. Vendar pa se pri sežiganju premoga proizvajajo škodljivi plini, kot so SO2, CO in H2S, zato je treba škodljive pline dobro odvajati.

03 električno ogrevanje

Za ogrevanje sprednje strehe rastlinjaka uporabite električno grelno žico ali električni grelec. Ogrevalni učinek je izjemen, uporaba je varna, v rastlinjaku ne nastajajo onesnaževala, ogrevalna oprema pa je enostavna za upravljanje. Chen Weiqian in drugi menijo, da problem zmrzovanja pozimi na območju Jiuquana ovira razvoj lokalnega kmetijstva v Gobiju, zato se za ogrevanje rastlinjaka lahko uporabljajo električni grelni elementi. Vendar pa je zaradi uporabe visokokakovostnih virov električne energije poraba energije visoka in stroški visoki. Priporočljivo je, da se uporablja kot začasno sredstvo za ogrevanje v sili v ekstremnih hladnih razmerah.

Ukrepi za ravnanje z okoljem

Med proizvodnjo in uporabo rastlinjaka celotna oprema in njeno normalno delovanje ne moreta učinkovito zagotoviti, da toplotno okolje ustreza projektnim zahtevam. Pravzaprav imata uporaba in upravljanje opreme pogosto ključno vlogo pri oblikovanju in vzdrževanju toplotnega okolja, najpomembnejše pa je vsakodnevno upravljanje toplotnoizolacijskih prevlek in prezračevalnih odprtin.

Upravljanje toplotnoizolacijske odeje

Toplotnoizolacijska prevleka je ključ do nočne toplotne izolacije sprednje strehe, zato je izjemno pomembno izboljšati njeno vsakodnevno upravljanje in vzdrževanje, pri čemer je treba biti še posebej pozoren na naslednje težave: ① Izberite ustrezen čas odpiranja in zapiranja toplotnoizolacijske prevleke. Čas odpiranja in zapiranja toplotnoizolacijske prevleke ne vpliva le na čas osvetlitve rastlinjaka, temveč tudi na proces ogrevanja v rastlinjaku. Prezgodnje ali prepozno odpiranje in zapiranje toplotnoizolacijske prevleke ne prispeva k zbiranju toplote. Če je prevleka zjutraj prezgodaj odkrita, se bo notranja temperatura zaradi nizke zunanje temperature in šibke svetlobe preveč znižala. Nasprotno, če je čas odkritja prepozne prevleke, se bo čas prejema svetlobe v rastlinjaku skrajšal in čas dviga notranje temperature se bo zakasnil. Če je popoldne toplotnoizolacijska prevleka prezgodaj izklopljena, se bo čas izpostavljenosti notranjim prostorom skrajšal in se bo zmanjšalo shranjevanje toplote v notranjih tleh in stenah. Nasprotno, če je ohranjanje toplote izklopljeno prepozno, se bo zaradi nizke zunanje temperature in šibke svetlobe povečalo odvajanje toplote rastlinjaka. Zato je na splošno priporočljivo, da se temperatura zjutraj, ko je toplotnoizolacijska odeja vklopljena, dvigne po padcu za 1–2 ℃, medtem ko je pri izklopu toplotnoizolacijske odeje priporočljivo, da se temperatura dvigne po padcu za 1–2 ℃. ② Pri zapiranju toplotnoizolacijske odeje bodite pozorni na to, ali toplotnoizolacijska odeja tesno pokriva vse sprednje strehe, in jih pravočasno prilagodite, če je kakšna reža. ③ Ko je toplotnoizolacijska odeja popolnoma nameščena, preverite, ali je spodnji del stisnjen, da preprečite, da bi veter ponoči dvignil učinek ohranjanja toplote. ④ Pravočasno preverite in vzdržujte toplotnoizolacijsko odejo, zlasti če je poškodovana, jo pravočasno popravite ali zamenjajte. ⑤ Pravočasno bodite pozorni na vremenske razmere. V primeru dežja ali snega pravočasno pokrijte toplotnoizolacijsko odejo in pravočasno odstranite sneg.

Upravljanje zračnikov

Namen prezračevanja pozimi je prilagoditi temperaturo zraka, da se prepreči prekomerna temperatura okoli poldneva; drugi namen je odpraviti vlago v zaprtih prostorih, zmanjšati vlažnost zraka v rastlinjaku ter zatirati škodljivce in bolezni; tretji namen je povečati koncentracijo CO2 v zaprtih prostorih in spodbuditi rast pridelkov. Vendar pa sta prezračevanje in ohranjanje toplote v nasprotju. Če prezračevanje ni pravilno upravljano, bo verjetno povzročilo težave z nizkimi temperaturami. Zato je treba čas in trajanje odpiranja prezračevalnih odprtin dinamično prilagajati glede na okoljske razmere v rastlinjaku. Na severozahodnih neobdelanih območjih se upravljanje prezračevalnih odprtin v rastlinjakih deli predvsem na dva načina: ročno upravljanje in preprosto mehansko prezračevanje. Vendar pa čas odpiranja in čas prezračevanja prezračevalnih odprtin v glavnem temeljita na subjektivni presoji ljudi, zato se lahko zgodi, da se prezračevalne odprtine odprejo prezgodaj ali prepozno. Za rešitev zgornjih težav je Yin Yilei itd. zasnoval inteligentno prezračevalno napravo za streho, ki lahko določi čas odpiranja ter velikost odpiranja in zapiranja prezračevalnih odprtin glede na spremembe v notranjem okolju. Z poglabljanjem raziskav o zakonitosti okoljskih sprememb in povpraševanja po pridelkih ter s popularizacijo in napredkom tehnologij in opreme, kot so zaznavanje okolja, zbiranje, analiza in nadzor informacij, bi morala biti avtomatizacija upravljanja prezračevanja v sončnih rastlinjakih pomembna razvojna smer v prihodnosti.

Drugi ukrepi upravljanja

Med uporabo različnih vrst folij za zaščito pred svetlobo se njihova prepustnost svetlobe postopoma zmanjšuje, hitrost slabitve pa ni povezana le z njihovimi fizikalnimi lastnostmi, temveč tudi z okoljem in načinom uporabe. Med uporabo je najpomembnejši dejavnik, ki vodi do zmanjšanja prepustnosti svetlobe, onesnaženje površine folije. Zato je izjemno pomembno redno čiščenje in čiščenje, kadar razmere to dopuščajo. Poleg tega je treba redno preverjati konstrukcijo rastlinjaka. Če pride do puščanja v steni in sprednji strehi, ga je treba pravočasno popraviti, da se prepreči vdor hladnega zraka v rastlinjak.

Obstoječe težave in smer razvoja

Raziskovalci že vrsto let preučujejo in študirajo tehnologijo ohranjanja in shranjevanja toplote, tehnologijo upravljanja in metode ogrevanja rastlinjakov na neobdelovanih območjih severozahoda, kar je v bistvu omogočilo prezimovanje pridelave zelenjave, močno izboljšalo odpornost rastlinjaka na poškodbe zaradi nizkih temperatur in v bistvu omogočilo prezimovanje pridelave zelenjave. To je zgodovinsko prispevalo k zmanjšanju protislovja med hrano in zelenjavo, ki se na Kitajskem potegujeta za zemljišča. Vendar pa v tehnologiji zagotavljanja temperature na severozahodu Kitajske še vedno obstajajo naslednje težave.

Vrste rastlinjakov, ki jih je treba nadgraditi

Trenutno so vrste rastlinjakov še vedno najpogostejše tiste, zgrajene konec 20. stoletja in v začetku tega stoletja, s preprosto konstrukcijo, nepraktično zasnovo, slabo sposobnostjo vzdrževanja toplotnega okolja v rastlinjaku in odpornostjo na naravne nesreče ter pomanjkanjem standardizacije. Zato je treba pri prihodnji zasnovi rastlinjakov standardizirati obliko in naklon sprednje strehe, azimutni kot rastlinjaka, višino zadnje stene, globino vgradnje rastlinjaka itd., tako da se v celoti združijo lokalne geografske širine in podnebne značilnosti. Hkrati se lahko v rastlinjaku, kolikor je le mogoče, sadi le en pridelek, tako da se lahko standardizirano ujemanje rastlinjakov izvede glede na svetlobne in temperaturne zahteve posajenih rastlin.

Obseg rastlinjaka je relativno majhen.

Če je obseg rastlinjaka premajhen, bo to vplivalo na stabilnost toplotnega okolja v rastlinjaku in razvoj mehanizacije. Zaradi postopnega naraščanja stroškov dela je razvoj mehanizacije pomembna smer v prihodnosti. Zato bi se morali v prihodnosti zanašati na lokalno raven razvoja, upoštevati potrebe razvoja mehanizacije, racionalno načrtovati notranji prostor in postavitev rastlinjakov, pospešiti raziskave in razvoj kmetijske opreme, primerne za lokalna območja, ter izboljšati stopnjo mehanizacije pridelave v rastlinjakih. Hkrati je treba ustrezno opremo uskladiti s standardi glede na potrebe poljščin in vzorce gojenja ter spodbujati integrirane raziskave in razvoj, inovacije in popularizacijo prezračevalne, vlažilne, toplotnoizolacijske in ogrevalne opreme.

Debelina sten, kot so peščeni in votli bloki, je še vedno debela.

Če je stena predebela, bo kljub dobremu izolacijskemu učinku zmanjšala izkoriščenost tal, povečala stroške in otežila gradnjo. Zato je treba v prihodnjem razvoju po eni strani znanstveno optimizirati debelino stene glede na lokalne podnebne razmere; po drugi strani pa bi morali spodbujati lahkoten in poenostavljen razvoj zadnje stene, tako da zadnja stena rastlinjaka ohrani le funkcijo ohranjanja toplote, zato je treba za shranjevanje in sproščanje toplote stene uporabiti sončne kolektorje in drugo opremo. Sončni kolektorji imajo značilnosti visoke učinkovitosti zbiranja toplote, močne zmogljivosti zbiranja toplote, varčevanja z energijo, nizke vsebnosti ogljika itd., večina pa jih lahko izvaja aktivno regulacijo in nadzor ter izvaja ciljno eksotermno ogrevanje v skladu z okoljskimi zahtevami rastlinjaka ponoči z večjo učinkovitostjo izrabe toplote.

Treba je razviti posebno toplotnoizolacijsko odejo.

Sprednja streha je glavni del odvajanja toplote v rastlinjaku, toplotnoizolacijska učinkovitost toplotnoizolacijske prevleke pa neposredno vpliva na notranje toplotno okolje. Trenutno temperatura v rastlinjaku na nekaterih območjih ni dobra, deloma zato, ker je toplotnoizolacijska prevleka pretanka in toplotnoizolacijska učinkovitost materialov ni zadostna. Hkrati ima toplotnoizolacijska prevleka še vedno nekaj težav, kot so slaba vodoodpornost in odpornost proti smučanju, hitro staranje površinskih in osrednjih materialov itd. Zato je treba v prihodnosti znanstveno izbrati ustrezne toplotnoizolacijske materiale glede na lokalne podnebne značilnosti in zahteve ter zasnovati in razviti posebne toplotnoizolacijske izdelke, primerne za lokalno uporabo in popularizacijo.

KONEC

Citirane informacije

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi itd. Raziskovalni status tehnologije zagotavljanja okoljske temperature v sončnih rastlinjakih na severozahodnih neobdelovanih zemljiščih [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.