Li Jianming, Sun Guotao itp.Szklarnia ogrodnicza technologia inżynierii rolniczej2022-11-21 17:42 Opublikowano w Pekinie

W ostatnich latach intensywnie rozwija się przemysł szklarniowy.Rozwój szklarni nie tylko poprawia stopień wykorzystania gruntów i wielkość produkcji produktów rolnych, ale także rozwiązuje problem zaopatrzenia w owoce i warzywa poza sezonem.Jednak szklarnia napotkała również bezprecedensowe wyzwania.Oryginalne urządzenia, metody ogrzewania i formy konstrukcyjne wytworzyły odporność na środowisko i rozwój.Pilnie potrzebne są nowe materiały i nowe projekty, aby zmienić strukturę szklarni, a nowe źródła energii są pilnie potrzebne do osiągnięcia celów oszczędzania energii i ochrony środowiska oraz zwiększenia produkcji i dochodów.

W tym artykule omówiono temat „nowej energii, nowych materiałów, nowego projektu, który pomoże w nowej rewolucji szklarniowej”, w tym badań i innowacji w zakresie energii słonecznej, energii z biomasy, energii geotermalnej i innych nowych źródeł energii w szklarniach, badań i zastosowania nowych materiałów na pokrycie, izolację termiczną, ściany i inny sprzęt, a także przyszłe perspektywy i myślenie o nowej energii, nowych materiałach i nowym projekcie, aby pomóc w reformie szklarni, tak aby zapewnić punkt odniesienia dla przemysłu.

Rozwój rolnictwa zakładowego jest politycznym wymogiem i nieuniknionym wyborem, aby wprowadzić w życie ducha ważnych instrukcji i procesu decyzyjnego rządu centralnego.W 2020 r. łączna powierzchnia rolnictwa chronionego w Chinach wyniesie 2,8 mln hm2, a wartość produkcji przekroczy 1 bilion juanów.Jest to ważny sposób na poprawę zdolności produkcyjnych szklarni w celu poprawy oświetlenia szklarni i wydajności izolacji termicznej dzięki nowej energii, nowym materiałom i nowemu projektowi szklarni.Tradycyjna produkcja szklarniowa ma wiele wad, takich jak węgiel, olej opałowy i inne źródła energii wykorzystywane do ogrzewania i ogrzewania w tradycyjnych szklarniach, co skutkuje dużą ilością dwutlenku węgla, który poważnie zanieczyszcza środowisko, podczas gdy gaz ziemny, energia elektryczna i inne źródła energii zwiększają koszty operacyjne szklarni.Tradycyjne materiały do ​​magazynowania ciepła na ściany szklarni to głównie glina i cegły, które zużywają dużo i powodują poważne szkody w zasobach gruntów.Efektywność użytkowania gruntów tradycyjnej szklarni słonecznej ze ścianą ziemną wynosi tylko 40% ~ 50%, a zwykła szklarnia ma słabą zdolność magazynowania ciepła, więc nie może przetrwać zimy, aby produkować ciepłe warzywa w północnych Chinach.Dlatego sedno promowania zmian cieplarnianych lub badań podstawowych leży w projektowaniu szklarni, badaniach i rozwoju nowych materiałów i nowej energii.Ten artykuł skupi się na badaniach i innowacjach w zakresie nowych źródeł energii w szklarniach, podsumowaniu stanu badań nad nowymi źródłami energii, takimi jak energia słoneczna, energia z biomasy, energia geotermalna, energia wiatru oraz nowe przezroczyste materiały pokrywające, materiały termoizolacyjne i materiały ścienne w szklarni, przeanalizuj zastosowanie nowej energii i nowych materiałów w budowie nowej szklarni i oczekuj ich roli w przyszłym rozwoju i transformacji szklarni.

Badania i innowacje w zakresie szklarni nowej energii

Zielona nowa energia o największym potencjale wykorzystania w rolnictwie obejmuje energię słoneczną, energię geotermalną i energię z biomasy lub kompleksowe wykorzystanie różnych nowych źródeł energii, aby osiągnąć efektywne wykorzystanie energii poprzez wzajemne uczenie się od mocnych stron.

energia/moc słoneczna

Technologia energii słonecznej jest niskoemisyjnym, wydajnym i zrównoważonym sposobem zaopatrzenia w energię i jest ważnym elementem strategicznych wschodzących gałęzi przemysłu w Chinach.Stanie się nieuniknionym wyborem dla przyszłej transformacji i modernizacji chińskiej struktury energetycznej.Z punktu widzenia wykorzystania energii sama szklarnia jest strukturą obiektu do wykorzystania energii słonecznej.Dzięki efektowi cieplarnianemu energia słoneczna jest gromadzona w pomieszczeniach, temperatura w szklarni jest podnoszona, a ciepło potrzebne do wzrostu roślin jest dostarczane.Głównym źródłem energii fotosyntezy roślin szklarniowych jest bezpośrednie światło słoneczne, czyli bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej.

01 Wytwarzanie energii fotowoltaicznej do wytwarzania ciepła

Wytwarzanie energii fotowoltaicznej to technologia, która bezpośrednio przekształca energię świetlną w energię elektryczną w oparciu o efekt fotowoltaiczny.Kluczowym elementem tej technologii jest ogniwo słoneczne.Kiedy energia słoneczna pada na układ paneli słonecznych połączonych szeregowo lub równolegle, komponenty półprzewodnikowe bezpośrednio przekształcają energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną.Technologia fotowoltaiczna może bezpośrednio przekształcać energię świetlną w energię elektryczną, magazynować energię elektryczną za pomocą akumulatorów i ogrzewać szklarnię w nocy, ale jej wysoki koszt ogranicza jej dalszy rozwój.Grupa badawcza opracowała fotowoltaiczne grafenowe urządzenie grzewcze, które składa się z elastycznych paneli fotowoltaicznych, uniwersalnej maszyny do kontroli wstecznej, akumulatora i grafenowego pręta grzejnego.W zależności od długości linii sadzenia pręt grzejny grafenu jest zakopany pod torbą z podłożem.W ciągu dnia panele fotowoltaiczne pochłaniają promieniowanie słoneczne, aby wytworzyć energię elektryczną i przechowywać ją w akumulatorze, a następnie energia elektryczna jest uwalniana w nocy dla pręta grzejnego grafenu.W rzeczywistym pomiarze przyjęto tryb kontroli temperatury rozpoczynający się od 17 ℃ i zamykający przy 19 ℃.Pracując w nocy (20:00-08:00 drugiego dnia) przez 8 godzin, energochłonność ogrzewania pojedynczego rzędu roślin wynosi 1,24 kW·h, a średnia temperatura worka substratu w nocy wynosi 19,2℃, która jest o 3,5 ~ 5,3 ℃ wyższa niż kontrola.Ta metoda ogrzewania w połączeniu z wytwarzaniem energii fotowoltaicznej rozwiązuje problemy związane z wysokim zużyciem energii i dużym zanieczyszczeniem podczas ogrzewania szklarni w zimie.

02 konwersja fototermiczna i wykorzystanie

Słoneczna konwersja fototermiczna odnosi się do wykorzystania specjalnej powierzchni zbierającej światło słoneczne wykonanej z materiałów do konwersji fototermicznej w celu gromadzenia i pochłaniania jak największej ilości wypromieniowanej na nią energii słonecznej oraz przekształcania jej w energię cieplną.W porównaniu z zastosowaniami fotowoltaicznymi, zastosowania fototermiczne zwiększają absorpcję pasma bliskiej podczerwieni, dzięki czemu mają wyższą efektywność wykorzystania energii światła słonecznego, niższe koszty i dojrzałą technologię oraz są najczęściej stosowanym sposobem wykorzystania energii słonecznej.

Najbardziej dojrzałą technologią konwersji i wykorzystania fototermii w Chinach jest kolektor słoneczny, którego głównym elementem jest rdzeń płyty pochłaniającej ciepło z selektywną powłoką absorpcyjną, która może przekształcać energię promieniowania słonecznego przechodzącą przez pokrywę w energię cieplną i przekazywać do absorbującego ciepło czynnika roboczego.Kolektory słoneczne można podzielić na dwie kategorie w zależności od tego, czy w kolektorze znajduje się przestrzeń próżniowa, czy nie: płaskie kolektory słoneczne i próżniowe kolektory słoneczne;kolektory słoneczne skupiające i kolektory słoneczne niekoncentrujące w zależności od tego, czy promieniowanie słoneczne w porcie dziennym zmienia kierunek;oraz kolektory słoneczne płynne i powietrzne w zależności od rodzaju czynnika roboczego przenoszącego ciepło.

Wykorzystanie energii słonecznej w szklarniach odbywa się głównie za pomocą różnego rodzaju kolektorów słonecznych.Uniwersytet Ibn Zor w Maroku opracował aktywny system ogrzewania energią słoneczną (ASHS) do ocieplenia szklarni, który może zwiększyć całkowitą produkcję pomidorów zimą o 55%.China Agricultural University zaprojektował i opracował zestaw systemów zbierania i odprowadzania chłodnicy powierzchniowej z wentylatorem o pojemności zbierania ciepła 390,6 ~ 693,0 MJ i przedstawił pomysł oddzielenia procesu zbierania ciepła od procesu magazynowania ciepła za pomocą pompy ciepła.Uniwersytet w Bari we Włoszech opracował poligeneracyjny system ogrzewania szklarni, który składa się z systemu energii słonecznej i pompy ciepła powietrze-woda i może podnieść temperaturę powietrza o 3,6%, a temperaturę gleby o 92%.Grupa badawcza opracowała rodzaj aktywnego sprzętu do gromadzenia ciepła słonecznego o zmiennym kącie nachylenia dla szklarni słonecznej oraz wspomagające urządzenie do magazynowania ciepła dla zbiornika wodnego w szklarni w każdych warunkach pogodowych.Aktywna technologia gromadzenia ciepła słonecznego o zmiennym nachyleniu przełamuje ograniczenia tradycyjnych urządzeń do gromadzenia ciepła w szklarniach, takie jak ograniczona zdolność gromadzenia ciepła, zacienienie i zajmowanie gruntów uprawnych.Dzięki zastosowaniu specjalnej struktury szklarniowej szklarni słonecznej, przestrzeń szklarni, która nie jest przeznaczona do sadzenia, jest w pełni wykorzystana, co znacznie poprawia efektywność wykorzystania przestrzeni szklarniowej.W typowych słonecznych warunkach pracy aktywny system odbioru ciepła słonecznego o zmiennym nachyleniu osiąga 1,9 MJ/(m2h), efektywność wykorzystania energii sięga 85,1%, a stopień oszczędności energii wynosi 77%.W technologii magazynowania ciepła w szklarni ustawia się wielofazową strukturę magazynowania ciepła, zwiększa się pojemność magazynowania ciepła urządzenia do magazynowania ciepła i realizuje się powolne uwalnianie ciepła z urządzenia, aby zrealizować efektywne wykorzystanie ciepło gromadzone przez sprzęt do gromadzenia ciepła słonecznego w szklarni.

energia z biomasy

Nowa konstrukcja obiektu powstaje poprzez połączenie urządzenia do produkcji ciepła na biomasę ze szklarnią, a surowce z biomasy takie jak obornik świński, pozostałości po pieczarkach i słoma są kompostowane w celu zaparzania ciepła, a wytworzona energia cieplna jest dostarczana bezpośrednio do szklarni [ 5].W porównaniu ze szklarnią bez zbiornika grzewczego do fermentacji biomasy, szklarnia grzewcza może skutecznie podnieść temperaturę gruntu w szklarni i utrzymać odpowiednią temperaturę korzeni roślin uprawianych w glebie w normalnym klimacie w zimie.Biorąc jako przykład szklarnię z jednowarstwową asymetryczną izolacją termiczną o rozpiętości 17 m i długości 30 m, dodając 8 m odpadów rolniczych (mieszanka słomy pomidorowej i obornika świńskiego) do wewnętrznego zbiornika fermentacyjnego w celu naturalnej fermentacji bez odwracania puszki zwiększyć średnią dzienną temperaturę szklarni o 4,2 ℃ w zimie, a średnia dzienna minimalna temperatura może osiągnąć 4,6 ℃.

Wykorzystanie energii w kontrolowanej fermentacji biomasy to metoda fermentacji, która wykorzystuje instrumenty i sprzęt do kontrolowania procesu fermentacji w celu szybkiego uzyskania i efektywnego wykorzystania energii cieplnej biomasy i nawozu gazowego CO2, wśród których wentylacja i wilgotność są kluczowymi czynnikami regulującymi ciepło fermentacji i gazowej produkcji biomasy.W warunkach wentylacji mikroorganizmy tlenowe w hałdzie fermentacyjnej wykorzystują tlen do czynności życiowych, a część wytworzonej energii jest wykorzystywana do własnych czynności życiowych, a część energii jest uwalniana do otoczenia w postaci energii cieplnej, co korzystnie wpływa na temperaturę powstanie środowiska.Woda bierze udział w całym procesie fermentacji, dostarczając niezbędnych rozpuszczalnych składników odżywczych dla aktywności mikroorganizmów, a jednocześnie oddaje ciepło hałdy w postaci pary przez wodę, tak aby obniżyć temperaturę hałdy, przedłużyć żywotność mikroorganizmów i zwiększyć temperaturę masy hałdy.Zainstalowanie urządzenia do ługowania słomy w zbiorniku fermentacyjnym może zwiększyć temperaturę w pomieszczeniu o 3 ~ 5 ℃ w zimie, wzmocnić fotosyntezę roślin i zwiększyć plon pomidorów o 29,6%.

Energia geotermalna

Chiny są bogate w zasoby geotermalne.Obecnie najpowszechniejszym sposobem wykorzystania energii geotermalnej przez obiekty rolnicze jest wykorzystanie gruntowej pompy ciepła, która może przenosić energię cieplną niskiej jakości na energię cieplną wysokiej jakości poprzez wprowadzenie niewielkiej ilości energii wysokiej jakości (np. energia elektryczna).W odróżnieniu od tradycyjnych metod ogrzewania szklarni, ogrzewanie gruntowej pompy ciepła może nie tylko osiągnąć znaczny efekt grzewczy, ale także ma zdolność chłodzenia szklarni i zmniejszania wilgotności w szklarni.Badania aplikacyjne gruntowych pomp ciepła w budownictwie mieszkaniowym są dojrzałe.Podstawową częścią, która wpływa na wydajność ogrzewania i chłodzenia gruntowej pompy ciepła, jest podziemny moduł wymiany ciepła, który obejmuje głównie zakopane rury, podziemne studnie itp. Jak zaprojektować podziemny system wymiany ciepła o zrównoważonych kosztach i efektach, zawsze były przedmiotem badań tej części.Jednocześnie zmiana temperatury warstwy gruntu przy zastosowaniu gruntowej pompy ciepła również wpływa na efekt użytkowy układu pompy ciepła.Wykorzystanie gruntowej pompy ciepła do chłodzenia szklarni latem i magazynowania energii cieplnej w głębokiej warstwie gleby może złagodzić spadek temperatury podziemnej warstwy gleby i poprawić efektywność produkcji ciepła przez gruntową pompę ciepła zimą.

Obecnie, w badaniach wydajności i wydajności gruntowej pompy ciepła, na podstawie rzeczywistych danych eksperymentalnych, ustala się model numeryczny za pomocą oprogramowania, takiego jak TOUGH2 i TRNSYS, i stwierdza się, że wydajność grzewcza i współczynnik wydajności (COP ) gruntowej pompy ciepła może osiągnąć 3,0 ~ 4,5, co ma dobry efekt chłodzenia i ogrzewania.Badając strategię działania systemu pompy ciepła, Fu Yunzhun i inni stwierdzili, że w porównaniu z przepływem po stronie obciążenia, przepływ po stronie źródła gruntowego ma większy wpływ na wydajność jednostki i wydajność wymiany ciepła zakopanej rury .W warunkach ustawienia przepływu, maksymalna wartość COP jednostki może osiągnąć 4,17, przyjmując schemat działania na 2 godziny i zatrzymanie na 2 godziny;Shi Huixian i in.przyjął przerywany tryb pracy systemu chłodzenia magazynującego wodę.Latem, gdy temperatura jest wysoka, COP całego systemu zasilania może osiągnąć 3,80.

Technologia magazynowania ciepła w glebie w szklarni

Głębokie magazynowanie ciepła w glebie w szklarni jest również nazywane „bankiem magazynowania ciepła” w szklarni.Uszkodzenia spowodowane przez zimno w zimie i wysokie temperatury w lecie to główne przeszkody w produkcji szklarniowej.Opierając się na dużej zdolności magazynowania ciepła głębokiej gleby, grupa badawcza zaprojektowała podziemne urządzenie do głębokiego magazynowania ciepła w szklarni.Urządzenie to dwuwarstwowy równoległy rurociąg przesyłu ciepła zakopany na głębokości 1,5 ~ 2,5 m pod ziemią w szklarni, z wlotem powietrza na górze szklarni i wylotem powietrza na ziemi.Gdy temperatura w szklarni jest wysoka, powietrze w pomieszczeniu jest wtłaczane do gruntu przez wentylator w celu magazynowania ciepła i obniżenia temperatury.Gdy temperatura w szklarni jest niska, ciepło jest pobierane z gleby w celu ogrzania szklarni.Wyniki produkcji i zastosowania pokazują, że urządzenie może podnieść temperaturę w szklarni o 2,3 ℃ w zimową noc, obniżyć temperaturę w pomieszczeniu o 2,6 ℃ w letni dzień i zwiększyć plon pomidorów o 1500 kg na 667 m².Urządzenie w pełni wykorzystuje charakterystykę „ciepło zimą i chłodno latem” oraz „stałą temperaturę” głębokiego gruntu podziemnego, zapewnia „bank dostępu do energii” dla szklarni i na bieżąco uzupełnia funkcje pomocnicze chłodzenia i ogrzewania szklarni .

Koordynacja wieloenergetyczna

Wykorzystanie dwóch lub więcej rodzajów energii do ogrzewania szklarni może skutecznie zrekompensować wady jednego rodzaju energii i dać efekt superpozycji „jeden plus jeden jest większy niż dwa”.Komplementarna współpraca geotermii i energii słonecznej jest w ostatnich latach gorącym punktem badawczym nowego wykorzystania energii w produkcji rolnej.Emmi i in.zbadali wieloźródłowy system energetyczny (rysunek 1), który jest wyposażony w hybrydowy kolektor słoneczny fotowoltaiczno-termiczny.W porównaniu ze zwykłym systemem pompy ciepła powietrze-woda, efektywność energetyczna wieloźródłowego systemu energetycznego jest lepsza o 16% ~ 25%.Zheng i in.opracował nowy typ połączonego systemu magazynowania ciepła energii słonecznej i gruntowej pompy ciepła.System kolektorów słonecznych może realizować wysokiej jakości sezonowe magazynowanie ciepła, czyli wysokiej jakości ogrzewanie zimą i wysokiej jakości chłodzenie latem.Zakopany rurowy wymiennik ciepła i przerywany zbiornik ciepła mogą działać dobrze w systemie, a wartość COP systemu może osiągnąć 6,96.

W połączeniu z energią słoneczną ma na celu zmniejszenie zużycia energii komercyjnej i zwiększenie stabilności dostaw energii słonecznej w szklarniach.Wan Ya et.przedstawił nowy schemat inteligentnej technologii sterowania, łączący wytwarzanie energii słonecznej z energią komercyjną do ogrzewania szklarni, który może wykorzystywać energię fotowoltaiczną, gdy jest światło, i przekształcać ją w energię komercyjną, gdy nie ma światła, znacznie zmniejszając niedobór mocy obciążenia szybkość i zmniejszenie kosztów ekonomicznych bez użycia baterii.

Energia słoneczna, energia biomasy i energia elektryczna mogą wspólnie ogrzewać szklarnie, które mogą również osiągać wysoką efektywność grzewczą.Zhang Liangrui i inni połączyli gromadzenie energii słonecznej z lampą próżniową ze zbiornikiem wody do przechowywania energii elektrycznej w dolinie.System ogrzewania szklarni charakteryzuje się dobrym komfortem cieplnym, a średnia wydajność grzewcza systemu wynosi 68,70%.Elektryczny zasobnik wody grzewczej jest urządzeniem do magazynowania wody grzewczej na biomasę z ogrzewaniem elektrycznym.Ustawiona jest najniższa temperatura wody na wlocie wody na końcu grzewczym, a strategia działania systemu jest ustalana na podstawie temperatury magazynowania wody w części kolektora słonecznego i części magazynującej ciepło biomasy, tak aby uzyskać stabilną temperaturę ogrzewania na koniec ogrzewania i maksymalnie oszczędzać energię elektryczną i materiały energetyczne z biomasy.

Innowacyjne badania i zastosowanie nowych materiałów szklarniowych

Wraz z powiększaniem się powierzchni szklarni coraz częściej ujawniają się wady stosowania tradycyjnych materiałów szklarniowych, takich jak cegły i gleba.Dlatego w celu dalszej poprawy wydajności cieplnej szklarni i zaspokojenia potrzeb rozwojowych nowoczesnej szklarni prowadzi się wiele badań i zastosowań nowych przezroczystych materiałów pokrywających, materiałów termoizolacyjnych i materiałów ściennych.

Badania i zastosowanie nowych przezroczystych materiałów pokryciowych

Rodzaje przezroczystych materiałów pokryciowych do szklarni obejmują głównie folię z tworzywa sztucznego, szkło, panel słoneczny i panel fotowoltaiczny, wśród których folia z tworzywa sztucznego ma największy obszar zastosowania.Tradycyjna szklarniowa folia PE ma wady związane z krótką żywotnością, brakiem degradacji i pojedynczą funkcją.Obecnie opracowano wiele nowych folii funkcjonalnych przez dodanie odczynników funkcjonalnych lub powłok.

Lekki film konwersyjny:Folia do konwersji światła zmienia właściwości optyczne folii za pomocą środków do konwersji światła, takich jak metale ziem rzadkich i nanomateriały, i może przekształcić obszar światła ultrafioletowego w światło czerwono-pomarańczowe i światło niebiesko-fioletowe wymagane przez fotosyntezę roślin, zwiększając w ten sposób plony i zmniejszając uszkodzenia przez światło ultrafioletowe upraw i folii szklarniowych w plastikowych szklarniach.Na przykład szerokopasmowa folia szklarniowa o barwie fioletowo-czerwonej ze środkiem konwersji światła VTR-660 może znacznie poprawić przepuszczalność podczerwieni po zastosowaniu w szklarni, a w porównaniu ze szklarnią kontrolną plon pomidorów z hektara, zawartość witaminy C i likopenu znacząco wzrosły odpowiednio o 25,71%, 11,11% i 33,04%.Jednak obecnie nadal należy zbadać żywotność, degradowalność i koszt nowej lekkiej folii konwersyjnej.

Rozrzucone szkło: Rozproszone szkło w szklarni to specjalny wzór i technologia antyrefleksyjna na powierzchni szkła, która może zmaksymalizować światło słoneczne w rozproszone światło i wejść do szklarni, poprawić wydajność fotosyntezy upraw i zwiększyć plony.Szkło rozpraszające zamienia światło wpadające do szklarni w światło rozproszone dzięki specjalnym wzorom, a rozproszone światło może być bardziej równomiernie napromieniowane do szklarni, eliminując wpływ cienia szkieletu na szklarnię.W porównaniu ze zwykłym szkłem float i ultrabiałym szkłem float, standard przepuszczalności światła szkła rozpraszającego wynosi 91,5%, a zwykłego szkła float 88%.Na każdy 1% wzrost przepuszczalności światła wewnątrz szklarni, plony mogą wzrosnąć o około 3%, a rozpuszczalny cukier i witamina C w owocach i warzywach wzrosły.Szkło rozpraszające w szklarni jest najpierw powlekane, a następnie hartowane, a wskaźnik samozapłonu jest wyższy niż norma krajowa, osiągając 2 ‰.

Badania i zastosowania nowych materiałów termoizolacyjnych

Tradycyjne materiały termoizolacyjne w szklarniach obejmują głównie słomianą matę, kołdrę papierową, kołdrę termoizolacyjną z filcu igłowanego itp., Które są stosowane głównie do wewnętrznej i zewnętrznej izolacji termicznej dachów, izolacji ścian i izolacji termicznej niektórych urządzeń do magazynowania ciepła i gromadzenia ciepła .Większość z nich ma wadę polegającą na utracie właściwości termoizolacyjnych na skutek zawilgocenia wewnętrznego po długotrwałym użytkowaniu.Dlatego istnieje wiele zastosowań nowych materiałów o wysokiej izolacyjności termicznej, wśród których przedmiotem badań są nowe kołdry termoizolacyjne, urządzenia do magazynowania i odbierania ciepła.

Nowe materiały termoizolacyjne są zwykle wytwarzane poprzez przetwarzanie i łączenie wodoodpornych i odpornych na starzenie materiałów powierzchniowych, takich jak tkana folia i powlekany filc, z puszystymi materiałami termoizolacyjnymi, takimi jak bawełna powlekana natryskowo, kaszmir i bawełna perłowa.Bawełniana kołdra termoizolacyjna z tkanej folii powlekanej natryskowo została przetestowana w północno-wschodnich Chinach.Stwierdzono, że dodanie 500 g powlekanej natryskowo bawełny było równoważne z właściwościami termoizolacyjnymi dostępnej na rynku kołdry termoizolacyjnej z czarnego filcu o gramaturze 4500 g.W tych samych warunkach wydajność izolacji termicznej 700 g bawełny powlekanej natryskowo została poprawiona o 1 ~ 2 ℃ w porównaniu z 500 g powlekanej natryskowo bawełnianej kołdry termoizolacyjnej.Jednocześnie inne badania wykazały również, że w porównaniu z powszechnie stosowanymi kołdrami termoizolacyjnymi na rynku, efekt izolacji cieplnej kołder termoizolacyjnych z bawełny powlekanej natryskowo i różnych kaszmirowych kołder jest lepszy, przy wskaźnikach izolacji termicznej 84,0% i 83,3 %odpowiednio.Gdy najniższa temperatura na zewnątrz wynosi -24,4 ℃, temperatura w pomieszczeniu może osiągnąć odpowiednio 5,4 i 4,2 ℃.W porównaniu z kołdrą izolacyjną z pojedynczej słomy, nowa kompozytowa kołdra izolacyjna ma zalety lekkości, wysokiego współczynnika izolacji, dużej wodoodporności i odporności na starzenie i może być stosowana jako nowy rodzaj wysokowydajnego materiału izolacyjnego do szklarni słonecznych.

Jednocześnie, zgodnie z badaniami materiałów termoizolacyjnych do urządzeń do gromadzenia i magazynowania ciepła w szklarniach, stwierdzono również, że gdy grubość jest taka sama, wielowarstwowe kompozytowe materiały termoizolacyjne mają lepsze właściwości termoizolacyjne niż pojedyncze materiały.Zespół profesora Li Jianminga z Northwest A&F University zaprojektował i zbadał 22 rodzaje materiałów termoizolacyjnych urządzeń do przechowywania wody w szklarniach, takich jak płyta próżniowa, aerożel i guma bawełniana, oraz zmierzył ich właściwości termiczne.Wyniki pokazały, że 80 mm powłoka termoizolacyjna + aerożel + gumowo-plastikowy kompozytowy materiał izolacyjny z bawełny może zmniejszyć rozpraszanie ciepła o 0,367 MJ na jednostkę czasu w porównaniu z 80 mm gumowo-plastikową bawełną, a jego współczynnik przenikania ciepła wyniósł 0,283 W/(m2) ·k) gdy grubość kombinacji izolacji wynosiła 100 mm.

Materiał zmiennofazowy jest jednym z gorących punktów w badaniach nad materiałami szklarniowymi.Northwest A&F University opracował dwa rodzaje urządzeń do przechowywania materiałów zmiennofazowych: jednym jest pudełko do przechowywania wykonane z czarnego polietylenu, które ma wymiary 50 cm x 30 cm x 14 cm (długość x wysokość x grubość) i jest wypełnione materiałami zmiennofazowymi, więc że może magazynować ciepło i oddawać ciepło;Po drugie, opracowywany jest nowy typ płyt ściennych z przemianą fazową.Płyta ścienna zmieniająca fazę składa się z materiału zmieniającego fazę, płyty aluminiowej, płyty aluminiowo-plastikowej i stopu aluminium.Materiał zmiennofazowy znajduje się w najbardziej centralnej pozycji płyty ściennej, a jego specyfikacja to 200 mm × 200 mm × 50 mm.Jest to sproszkowane ciało stałe przed i po przemianie fazowej i nie występuje zjawisko topnienia ani płynięcia.Cztery ściany materiału zmiennofazowego to odpowiednio płyta aluminiowa i płyta aluminiowo-plastikowa.To urządzenie może realizować funkcje głównie magazynowania ciepła w ciągu dnia i głównie uwalniania ciepła w nocy.

W związku z tym istnieją pewne problemy w stosowaniu pojedynczego materiału termoizolacyjnego, takie jak niska wydajność izolacji termicznej, duże straty ciepła, krótki czas magazynowania ciepła itp. Dlatego stosowanie kompozytowego materiału termoizolacyjnego jako warstwy izolacji termicznej oraz izolacji termicznej wewnątrz i na zewnątrz warstwa pokrywająca urządzenie do magazynowania ciepła może skutecznie poprawić izolacyjność cieplną szklarni, zmniejszyć straty ciepła w szklarni, a tym samym osiągnąć efekt oszczędzania energii.

Badania i zastosowanie nowej ściany

Jako rodzaj konstrukcji obudowy ściana jest ważną barierą dla ochrony przed zimnem i zatrzymywania ciepła w szklarni.W zależności od materiałów i konstrukcji ścian, zabudowę północnej ściany szklarni można podzielić na trzy typy: jednowarstwową ścianę wykonaną z gruntu, cegieł itp. oraz warstwową ścianę północną wykonaną z cegieł glinianych, cegieł blokowych, płyty styropianowe itp. z wewnętrzną akumulacją ciepła i zewnętrzną izolacją cieplną, a większość tych ścian jest czasochłonna i pracochłonna;Dlatego w ostatnich latach pojawiło się wiele nowych rodzajów ścian, które są łatwe w budowie i nadają się do szybkiego montażu.

Pojawienie się zmontowanych ścian nowego typu sprzyja szybkiemu rozwojowi zmontowanych szklarni, w tym ścian kompozytowych nowego typu z zewnętrzną wodoodporną i zapobiegającą starzeniu się powierzchnią i materiałami, takimi jak filc, bawełna perłowa, bawełna kosmiczna, bawełna szklana lub bawełna z recyklingu jako ciepło warstwy izolacyjne, takie jak elastyczne montowane ściany z natryskiwanej bawełny w Xinjiangu.Ponadto inne badania wykazały również północną ścianę zmontowanej szklarni z warstwą magazynującą ciepło, taką jak wypełniony cegłą blok zaprawy z muszli pszennych w Xinjiangu.W tym samym środowisku zewnętrznym, gdy najniższa temperatura zewnętrzna wynosi -20,8 ℃, temperatura w szklarni słonecznej ze ścianą kompozytową z zaprawy pszennej wynosi 7,5 ℃, podczas gdy temperatura w szklarni słonecznej ze ścianą z cegły i betonu wynosi 3,2 ℃.Czas zbioru pomidora w szklarni murowanej można przyspieszyć o 16 dni, a plon pojedynczej szklarni zwiększyć o 18,4%.

Zespół obiektu z Northwest A&F University przedstawił pomysł projektowy polegający na przekształceniu słomy, gleby, wody, kamienia i materiałów zmiennofazowych w moduły izolacji termicznej i magazynowania ciepła pod kątem światła i uproszczonej konstrukcji ścian, co promowało badania zastosowań modułów zmontowanych ściana.Na przykład, w porównaniu ze zwykłą szklarnią z cegły, średnia temperatura w szklarni jest o 4,0 ℃ wyższa w typowy słoneczny dzień.Trzy rodzaje nieorganicznych modułów cementowych o przemianie fazowej, które są wykonane z materiału o przemianie fazowej (PCM) i cementu, zgromadziły ciepło 74,5, 88,0 i 95,1 MJ/m³, a wydzielane ciepło 59,8, 67,8 i 84,2 MJ/m³odpowiednio.Pełnią funkcje „wycinania szczytów” w ciągu dnia, „wypełniania dolin” w nocy, pochłaniania ciepła latem i oddawania ciepła zimą.

Te nowe ściany są montowane na miejscu, z krótkim czasem budowy i długą żywotnością, co stwarza warunki do budowy lekkich, uproszczonych i szybko montowanych szklarni prefabrykowanych i może znacznie sprzyjać reformie strukturalnej szklarni.Istnieją jednak pewne wady tego rodzaju ścian, na przykład ściana z kołdrą termoizolacyjną z bawełny klejonej natryskowo ma doskonałe właściwości termoizolacyjne, ale brakuje jej zdolności do magazynowania ciepła, a materiał budowlany o przemianie fazowej ma problem z wysokimi kosztami użytkowania.W przyszłości należy wzmocnić badania aplikacyjne zmontowanej ściany.

Nowa energia, nowe materiały i nowe projekty pomagają zmienić strukturę szklarni.

Badania i innowacje w zakresie nowej energii i nowych materiałów stanowią podstawę innowacji w projektowaniu szklarni.Energooszczędna szklarnia słoneczna i szopa łukowa to największe szopy w chińskiej produkcji rolnej i odgrywają ważną rolę w produkcji rolnej.Jednak wraz z rozwojem chińskiej ekonomii społecznej coraz częściej ujawniają się wady obu rodzajów struktur placówek.Po pierwsze, przestrzeń obiektów obiektów jest niewielka, a stopień mechanizacji niski;Po drugie, energooszczędna szklarnia słoneczna ma dobrą izolację termiczną, ale użytkowanie gruntów jest niewielkie, co jest równoznaczne z zastąpieniem energii cieplarnianej ziemią.Zwykła szopa łukowa ma nie tylko małą przestrzeń, ale także słabą izolację termiczną.Chociaż wieloprzęsłowa szklarnia ma dużą przestrzeń, ma słabą izolację termiczną i wysokie zużycie energii.Dlatego konieczne jest badanie i rozwój struktury szklarni odpowiedniej dla obecnego poziomu społecznego i gospodarczego Chin, a badania i rozwój nowej energii i nowych materiałów pomogą zmienić strukturę szklarni i wytworzyć różnorodne innowacyjne modele lub struktury szklarni.

Innowacyjne badania nad asymetryczną szklarnią browarniczą o dużej rozpiętości z kontrolą wody

Asymetryczna szklarnia browarnicza o dużej rozpiętości sterowana wodą (numer patentu: ZL 201220391214.2) opiera się na zasadzie szklarni słonecznej, zmieniając symetryczną strukturę zwykłej plastikowej szklarni, zwiększając południową rozpiętość, zwiększając powierzchnię oświetlenia południowego dachu, zmniejszając przęsło północne i zmniejszenie obszaru rozpraszania ciepła, o rozpiętości 18 ~ 24 m i wysokości kalenicy 6 ~ 7 m.Dzięki innowacjom projektowym struktura przestrzenna została znacznie zwiększona.Jednocześnie problemy niedoboru ciepła w szklarniach w zimie i złej izolacji termicznej powszechnie stosowanych materiałów termoizolacyjnych są rozwiązywane poprzez zastosowanie nowej technologii warzenia biomasy materiałów termoizolacyjnych.Wyniki produkcji i badań pokazują, że wielkorozpiętościowa asymetryczna szklarnia browarnicza z kontrolą wody, o średniej temperaturze 11,7 ℃ w dni słoneczne i 10,8 ℃ w dni pochmurne, może zaspokoić zapotrzebowanie na wzrost upraw w zimie, a koszt budowy szklarnia jest zmniejszona o 39,6%, a stopień wykorzystania gruntów jest zwiększony o ponad 30% w porównaniu ze szklarnią z polistyrenowej ściany z cegły, która nadaje się do dalszej popularyzacji i zastosowania w dorzeczu rzeki Yellow Huaihe w Chinach.

Zmontowana szklarnia nasłoneczniona

Zmontowana szklarnia słoneczna przyjmuje kolumny i szkielet dachu jako konstrukcję nośną, a jej materiałem ściennym jest głównie obudowa izolacji cieplnej, zamiast łożyska i pasywnego magazynowania i uwalniania ciepła.Głównie: (1) nowy typ zmontowanej ściany powstaje poprzez połączenie różnych materiałów, takich jak powlekana folia lub kolorowa blacha stalowa, blok słomy, elastyczna kołdra termoizolacyjna, blok zaprawy itp. (2) kompozytowa płyta ścienna wykonana z prefabrykowanej płyty cementowej -płyta styropianowo-cementowa;(3) Lekki i prosty montaż materiałów termoizolacyjnych z aktywnym systemem magazynowania i uwalniania ciepła oraz systemem osuszania, takim jak magazynowanie ciepła z plastikowych kwadratowych wiader i magazynowanie ciepła w rurociągach.Używanie różnych nowych materiałów termoizolacyjnych i materiałów do magazynowania ciepła zamiast tradycyjnej ściany ziemi do budowy szklarni słonecznej ma dużą przestrzeń i małą inżynierię lądową.Wyniki eksperymentów pokazują, że temperatura szklarni w nocy w zimie jest o 4,5 ℃ wyższa niż w tradycyjnej szklarni z cegły, a grubość tylnej ściany wynosi 166 mm.W porównaniu ze szklarnią o grubości 600 mm, zajmowana powierzchnia ściany jest zmniejszona o 72%, a koszt za metr kwadratowy wynosi 334,5 juana, czyli o 157,2 juana mniej niż w przypadku szklarni z cegły, a koszt budowy znacznie spadła.Dlatego zmontowana szklarnia ma zalety mniejszego niszczenia gruntów uprawnych, oszczędności gruntów, dużej szybkości budowy i długiej żywotności, i jest kluczowym kierunkiem dla innowacji i rozwoju szklarni słonecznych obecnie iw przyszłości.

Przesuwana szklarnia nasłoneczniona

Energooszczędna szklarnia słoneczna zmontowana na deskorolce, opracowana przez Uniwersytet Rolniczy w Shenyang, wykorzystuje tylną ścianę szklarni słonecznej do utworzenia systemu magazynowania ciepła z obiegiem wody w celu magazynowania ciepła i podnoszenia temperatury, który składa się głównie z basenu (32 m³), płyta zbierająca światło (360m²), pompę wodną, ​​fajkę wodną i sterownik.Elastyczna kołdra termoizolacyjna została zastąpiona nową, lekką płytą stalową w kolorze wełny mineralnej u góry.Z badań wynika, że ​​ten projekt skutecznie rozwiązuje problem blokowania światła przez szczyty i zwiększa powierzchnię wlotu światła do szklarni.Kąt oświetlenia szklarni wynosi 41,5°, czyli prawie 16° więcej niż w szklarni kontrolnej, co poprawia wskaźnik oświetlenia.Rozkład temperatury w pomieszczeniu jest równomierny, a rośliny rosną równo.Szklarnia ma zalety poprawy efektywności użytkowania gruntów, elastycznego projektowania wielkości szklarni i skrócenia czasu budowy, co ma ogromne znaczenie dla ochrony zasobów gruntów uprawnych i środowiska.

Szklarnia fotowoltaiczna

Szklarnia rolnicza to szklarnia, która integruje wytwarzanie energii słonecznej z fotowoltaiki, inteligentną kontrolę temperatury i nowoczesne sadzenie high-tech.Przyjmuje stalową ramę kostną i jest pokryty modułami fotowoltaicznymi, aby zapewnić wymagania oświetleniowe modułów fotowoltaicznych oraz wymagania oświetleniowe całej szklarni.Prąd stały generowany przez energię słoneczną bezpośrednio uzupełnia światło szklarni rolniczych, bezpośrednio wspomaga normalną pracę urządzeń szklarniowych, napędza nawadnianie zasobów wodnych, podnosi temperaturę szklarni i sprzyja szybkiemu wzrostowi upraw.Moduły fotowoltaiczne w ten sposób wpłyną na efektywność oświetlenia dachu szklarni, a następnie wpłyną na prawidłowy wzrost warzyw szklarniowych.Dlatego racjonalne rozmieszczenie paneli fotowoltaicznych na dachu szklarni staje się kluczowym punktem zastosowania.Szklarnia rolnicza jest produktem organicznego połączenia rolnictwa krajoznawczego i ogrodnictwa obiektowego i jest innowacyjną branżą rolniczą integrującą wytwarzanie energii fotowoltaicznej, zwiedzanie rolnictwa, uprawy rolne, technologię rolniczą, rozwój krajobrazu i kultury.

Innowacyjny projekt grupy szklarni z interakcją energetyczną między różnymi typami szklarni

Guo Wenzhong, naukowiec z Pekińskiej Akademii Nauk Rolniczych i Leśnych, wykorzystuje metodę ogrzewania polegającą na przekazywaniu energii między szklarniami w celu zebrania pozostałej energii cieplnej w jednej lub kilku szklarniach w celu ogrzania innej lub większej liczby szklarni.Ta metoda ogrzewania realizuje transfer energii cieplarnianej w czasie i przestrzeni, poprawia efektywność wykorzystania pozostałej energii cieplnej szklarni i zmniejsza całkowite zużycie energii grzewczej.Te dwa typy szklarni mogą być różnymi typami szklarni lub szklarniami tego samego typu do sadzenia różnych upraw, takich jak szklarnie sałaty i pomidora.Metody gromadzenia ciepła obejmują głównie pobieranie ciepła z powietrza w pomieszczeniach i bezpośrednie przechwytywanie padającego promieniowania.Poprzez gromadzenie energii słonecznej, wymuszoną konwekcję przez wymiennik ciepła i wymuszoną ekstrakcję przez pompę ciepła, nadmiar ciepła w wysokoenergetycznej szklarni został odebrany do ogrzewania szklarni.

podsumować

Te nowe szklarnie słoneczne mają zalety szybkiego montażu, skróconego czasu budowy i lepszego wykorzystania gruntów.Dlatego konieczne jest dalsze badanie wydajności tych nowych szklarni w różnych obszarach i zapewnienie możliwości popularyzacji i stosowania nowych szklarni na dużą skalę.Jednocześnie konieczne jest ciągłe wzmacnianie zastosowania nowej energii i nowych materiałów w szklarniach, aby zapewnić energię do reformy strukturalnej szklarni.

Perspektywa przyszłości i myślenie

Tradycyjne szklarnie często mają pewne wady, takie jak wysokie zużycie energii, niski wskaźnik wykorzystania gruntów, czasochłonność i pracochłonność, słaba wydajność itp., Które nie są już w stanie zaspokoić potrzeb produkcyjnych nowoczesnego rolnictwa i są skazane na stopniowe wycofywanie się. wyłączony.Dlatego trendem rozwojowym jest wykorzystanie nowych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, energia z biomasy, energia geotermalna i energia wiatrowa, nowe materiały do ​​zastosowań szklarniowych i nowe projekty w celu promowania zmian strukturalnych szklarni.Przede wszystkim nowa szklarnia napędzana nową energią i nowymi materiałami powinna nie tylko spełniać potrzeby zmechanizowanej pracy, ale także oszczędzać energię, ziemię i koszty.Po drugie, konieczne jest ciągłe badanie wydajności nowych szklarni na różnych obszarach, tak aby stworzyć warunki do upowszechnienia szklarni na dużą skalę.W przyszłości powinniśmy dalej poszukiwać nowej energii i nowych materiałów nadających się do zastosowania w szklarniach oraz znaleźć najlepszą kombinację nowej energii, nowych materiałów i szklarni, aby umożliwić budowę nowej szklarni przy niskich kosztach i krótkiej konstrukcji okres, niskie zużycie energii i doskonała wydajność, pomagają zmienić strukturę szklarni i promować rozwój modernizacji szklarni w Chinach.

Chociaż stosowanie nowej energii, nowych materiałów i nowych projektów w budownictwie szklarniowym jest nieuniknionym trendem, wciąż istnieje wiele problemów, które należy zbadać i przezwyciężyć: (1) Koszty budowy rosną.W porównaniu z tradycyjnym ogrzewaniem węglem, gazem ziemnym lub olejem, zastosowanie nowej energii i nowych materiałów jest przyjazne dla środowiska i wolne od zanieczyszczeń, ale koszt budowy znacznie wzrasta, co ma pewien wpływ na ożywienie inwestycji produkcji i eksploatacji .W porównaniu z wykorzystaniem energii koszt nowych materiałów znacznie wzrośnie.(2) Niestabilne wykorzystanie energii cieplnej.Największą zaletą nowego wykorzystania energii są niskie koszty eksploatacji i niska emisja dwutlenku węgla, jednak dostawy energii i ciepła są niestabilne, a pochmurne dni stają się największym czynnikiem ograniczającym wykorzystanie energii słonecznej.W procesie wytwarzania ciepła z biomasy na drodze fermentacji efektywne wykorzystanie tej energii jest ograniczone przez problemy związane z niską energią cieplną fermentacji, trudnym zarządzaniem i kontrolą oraz dużą przestrzenią magazynową do transportu surowców.(3) Dojrzałość technologiczna.Te technologie wykorzystywane przez nową energię i nowe materiały są zaawansowanym osiągnięciem naukowym i technologicznym, a obszar ich zastosowania i zakres są wciąż dość ograniczone.Nie przeszły one wiele razy, wielu witryn i zakrojonych na szeroką skalę weryfikacji praktyk, a nieuchronnie istnieją pewne braki i treści techniczne, które należy poprawić w aplikacji.Użytkownicy często zaprzeczają zaawansowaniu technologii ze względu na drobne braki.(4) Wskaźnik penetracji technologii jest niski.Szerokie zastosowanie osiągnięcia naukowo-technicznego wymaga pewnej popularności.Obecnie nowa energia, nowa technologia i nowa technologia projektowania szklarni znajdują się w zespole ośrodków naukowo-badawczych na uniwersytetach z pewnymi zdolnościami innowacyjnymi, a większość wymagań technicznych lub projektantów wciąż nie wie;Jednocześnie upowszechnienie i zastosowanie nowych technologii jest nadal dość ograniczone, ponieważ podstawowe wyposażenie nowych technologii jest opatentowane.(5) Należy dalej wzmacniać integrację nowych źródeł energii, nowych materiałów i konstrukcji szklarni.Ponieważ energia, materiały i projektowanie konstrukcji szklarni należą do trzech różnych dyscyplin, talentom z doświadczeniem w projektowaniu szklarni często brakuje badań nad energią i materiałami związanymi ze szklarniami i vice versa;Dlatego naukowcy związani z badaniami nad energią i materiałami muszą wzmocnić badanie i zrozumienie rzeczywistych potrzeb rozwoju przemysłu szklarniowego, a projektanci konstrukcji powinni również badać nowe materiały i nową energię, aby promować głęboką integrację trzech relacji, aby osiągnąć celem praktycznej technologii badań szklarniowych, niskich kosztów budowy i dobrego efektu użytkowania.W oparciu o powyższe problemy proponuje się, aby państwo, samorządy i ośrodki naukowo-badawcze zintensyfikowały badania techniczne, prowadziły wspólne pogłębione badania, wzmacniały nagłaśnianie osiągnięć naukowo-technicznych, poprawiały popularyzację osiągnięć oraz szybko realizowały celem nowej energii i nowych materiałów, aby pomóc w nowym rozwoju przemysłu szklarniowego.

Cytowane informacje

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nowa energia, nowe materiały i nowy projekt pomagają w nowej rewolucji szklarniowej [J].Warzywa, 2022,(10):1-8.