Technologia inżynierii rolniczej w ogrodnictwie szklarniowym 2022-12-02 17:30 opublikowano w Pekinie

Rozwój szklarni słonecznych na obszarach nieuprawianych, takich jak pustynia, Gobi i tereny piaszczyste, skutecznie rozwiązał sprzeczność między żywnością a warzywami konkurującymi o ziemię.Jest to jeden z decydujących czynników środowiskowych dla wzrostu i rozwoju upraw termicznych, który często decyduje o sukcesie lub porażce produkcji roślin szklarniowych.Dlatego, aby rozwijać szklarnie słoneczne na obszarach nieuprawianych, musimy najpierw rozwiązać problem temperatury otoczenia szklarni.W artykule podsumowano metody regulacji temperatury stosowane w szklarniach gruntowych nieuprawnych w ostatnich latach oraz przeanalizowano i podsumowano istniejące problemy i kierunki rozwoju ochrony temperatury i środowiska w szklarniach gruntowych nieuprawnych.

Chiny mają dużą populację i mniej dostępnych zasobów ziemi.Ponad 85% zasobów ziemi to nieuprawiane zasoby ziemi, które są skoncentrowane głównie w północno-zachodniej części Chin.Dokument nr 1 KC z 2022 r. wskazywał, że należy przyspieszyć rozwój rolnictwa zakładowego, a w oparciu o ochronę środowiska ekologicznego zagospodarować nieużytki i nieużytki nadające się do eksploatacji pod rozwój rolnictwa zakładowego.Północno-zachodnie Chiny są bogate w pustynie, Gobi, nieużytki i inne nieuprawiane zasoby ziemi oraz naturalne zasoby światła i ciepła, które są odpowiednie dla rozwoju rolnictwa.Dlatego rozwój i wykorzystanie zasobów gruntów nieuprawianych do budowy szklarni gruntów nieuprawianych ma ogromne znaczenie strategiczne dla zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego kraju i łagodzenia konfliktów związanych z użytkowaniem gruntów.

Obecnie nieuprawiana szklarnia słoneczna jest główną formą wysokowydajnego rozwoju rolnictwa na gruntach nieuprawianych.W północno-zachodnich Chinach różnica temperatur między dniem a nocą jest duża, a temperatura w nocy w zimie jest niska, co często prowadzi do zjawiska, że ​​minimalna temperatura w pomieszczeniu jest niższa niż temperatura wymagana do normalnego wzrostu i rozwoju uprawy.Temperatura jest jednym z niezbędnych czynników środowiskowych dla wzrostu i rozwoju upraw.Zbyt niska temperatura spowolni reakcję fizjologiczną i biochemiczną roślin uprawnych oraz spowolni ich wzrost i rozwój.Gdy temperatura jest niższa niż limit, który mogą wytrzymać uprawy, może to nawet doprowadzić do obrażeń spowodowanych zamarznięciem.Dlatego szczególnie ważne jest zapewnienie temperatury wymaganej do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin uprawnych.Aby utrzymać odpowiednią temperaturę w szklarni słonecznej, nie jest to jeden środek, który można rozwiązać.Należy to zagwarantować w aspekcie projektowania szklarni, budowy, doboru materiałów, regulacji i codziennego zarządzania.Dlatego w tym artykule podsumujemy stan badań i postęp kontroli temperatury nieuprawianych szklarni w Chinach w ostatnich latach z aspektów projektowania i budowy szklarni, środków zachowania ciepła i ocieplenia oraz zarządzania środowiskiem, aby zapewnić systematyczne odniesienie do racjonalne projektowanie i zarządzanie nieuprawianymi szklarniami.

Struktura i materiały szklarni

Środowisko termiczne szklarni zależy głównie od zdolności transmisji, przechwytywania i magazynowania promieniowania słonecznego przez szklarnię, co jest związane z rozsądnym projektem orientacji szklarni, kształtu i materiału powierzchni przepuszczającej światło, konstrukcji i materiału ściany i tylnego dachu, izolacja fundamentów, rozmiar szklarni, tryb izolacji nocnej i materiał dachu przedniego itp., A także odnosi się do tego, czy budowa i proces budowy szklarni mogą zapewnić skuteczną realizację wymagań projektowych.

Przepuszczalność światła przedniego dachu

Główna energia w szklarni pochodzi ze słońca.Zwiększenie przepuszczalności światła dachu przedniego jest korzystne dla szklarni w celu uzyskania większej ilości ciepła, a także jest ważnym fundamentem zapewniającym warunki temperaturowe szklarni w zimie.Obecnie istnieją trzy główne metody zwiększania przepuszczalności światła i czasu odbioru światła przez przedni dach szklarni.

01 zaprojektuj rozsądną orientację i azymut szklarni

Orientacja szklarni wpływa na wydajność oświetlenia szklarni i zdolność magazynowania ciepła szklarni.Dlatego, aby uzyskać więcej ciepła w szklarni, nieuprawiane szklarnie w północno-zachodnich Chinach są skierowane na południe.W przypadku określonego azymutu szklarni, wybierając południe na wschód, korzystne jest „chwytanie słońca”, a temperatura w pomieszczeniu szybko rośnie rano;W przypadku wybrania ustawienia z południa na zachód korzystne jest, aby szklarnia korzystała ze światła popołudniowego.Kierunek południowy jest kompromisem pomiędzy powyższymi dwiema sytuacjami.Według wiedzy geofizyki Ziemia obraca się o 360° w ciągu doby, a azymut Słońca porusza się o około 1° co 4 minuty.Dlatego za każdym razem, gdy azymut szklarni różni się o 1°, czas bezpośredniego nasłonecznienia różni się o około 4 minuty, to znaczy azymut szklarni wpływa na czas, w którym szklarnia widzi światło rano i wieczorem.

Kiedy poranne i popołudniowe godziny świetlne są równe, a wschód lub zachód są pod tym samym kątem, szklarnia otrzyma te same godziny świetlne.Jednak dla obszaru na północ od 37° szerokości geograficznej północnej rano temperatura jest niska, a czas odkrywania kołdry jest późny, natomiast temperatura jest stosunkowo wysoka w godzinach popołudniowych i wieczornych, dlatego należy opóźnić czas zamknięcie kołdry termoizolacyjnej.Dlatego obszary te powinny wybierać południe na zachód i w pełni wykorzystywać światło popołudniowe.Dla obszarów o 30°~35° szerokości geograficznej północnej, ze względu na lepsze warunki oświetleniowe w godzinach porannych, czas utrzymywania ciepła i odkrywania pokrywy może być również przyspieszony.Dlatego obszary te powinny wybrać kierunek południowo-wschodni, aby uzyskać więcej porannego promieniowania słonecznego dla szklarni.Jednak na obszarze 35°~37°szerokości geograficznej północnej różnica w nasłonecznieniu rano i po południu jest niewielka, dlatego lepiej wybrać kierunek południowy.Niezależnie od tego, czy jest to południowy-wschód, czy południowy-zachód, kąt odchylenia wynosi zwykle 5° ~ 8°, a maksimum nie powinno przekraczać 10°.Północno-zachodnie Chiny leżą w przedziale 37°~50° szerokości geograficznej północnej, więc kąt azymutu szklarni jest na ogół z południa na zachód.W związku z tym szklarnia słoneczna zaprojektowana przez Zhang Jingshe itp. w rejonie Taiyuan wybrała orientację 5° na zachód od południa, szklarnia słoneczna zbudowana przez Chang Meimei itp. w rejonie Gobi w korytarzu Hexi przyjęła orientację od 5 ° do 10 ° na zachód od południa, a szklarnia nasłoneczniona zbudowana przez Ma Zhigui itp. w północnym Xinjiangu przyjęła orientację 8 ° na zachód od południa.

02 Zaprojektuj rozsądny kształt przedniego dachu i kąt nachylenia

Kształt i nachylenie przedniego dachu determinują kąt padania promieni słonecznych.Im mniejszy kąt padania, tym większa przepuszczalność.Sun Juren uważa, że ​​kształt przedniego dachu zależy głównie od stosunku długości głównej powierzchni świetlnej do tylnego nachylenia.Długie nachylenie z przodu i krótkie nachylenie z tyłu są korzystne dla oświetlenia i zachowania ciepła przedniego dachu.Chen Wei-Qian i inni uważają, że główne oświetlenie dachu szklarni słonecznej stosowanej na obszarze Gobi przyjmuje okrągły łuk o promieniu 4,5 m, który może skutecznie wytrzymać zimno.Zhang Jingshe i inni uważają, że bardziej odpowiednie jest użycie półkolistego łuku na przednim dachu szklarni w obszarach alpejskich i na dużych szerokościach geograficznych.Jeśli chodzi o kąt nachylenia przedniego dachu, zgodnie z charakterystyką przepuszczalności światła folii z tworzywa sztucznego, gdy kąt padania wynosi 0 ~ 40 °, współczynnik odbicia światła słonecznego od przedniego dachu jest mały, a gdy przekracza 40 °, znacznie wzrasta współczynnik odbicia.Dlatego 40° przyjmuje się jako maksymalny kąt padania do obliczenia kąta nachylenia przedniego dachu, tak aby nawet podczas przesilenia zimowego promieniowanie słoneczne mogło wniknąć do szklarni w maksymalnym stopniu.Dlatego projektując szklarnię słoneczną odpowiednią dla obszarów nieuprawianych w Wuhai w Mongolii Wewnętrznej, He Bin i inni obliczyli kąt nachylenia przedniego dachu przy kącie padania 40° i uznali, że dopóki jest on większy niż 30 °, może spełnić wymagania dotyczące oświetlenia szklarni i zachowania ciepła.Zhang Caihong i inni uważają, że podczas budowy szklarni na nieuprawnych obszarach Xinjiangu kąt nachylenia przedniego dachu szklarni w południowym Xinjiangu wynosi 31 °, podczas gdy w północnym Xinjiangu wynosi 32 ° ~ 33,5 °.

03 Wybierz odpowiednie przezroczyste materiały pokrywające.

Oprócz wpływu zewnętrznych warunków promieniowania słonecznego, właściwości materiału i przepuszczalności światła folii szklarniowej są również ważnymi czynnikami wpływającymi na środowisko świetlne i cieplne szklarni.Obecnie przepuszczalność światła folii z tworzyw sztucznych, takich jak PE, PVC, EVA i PO, jest różna ze względu na różne materiały i grubości folii.Ogólnie rzecz biorąc, przepuszczalność światła folii, które były używane przez 1-3 lata, można zagwarantować jako całość powyżej 88%, co należy dobrać zgodnie z zapotrzebowaniem upraw na światło i temperaturę.Ponadto, oprócz przepuszczalności światła w szklarni, rozkład światła w szklarni jest również czynnikiem, na który ludzie zwracają coraz większą uwagę.Dlatego w ostatnich latach materiał pokrywający przepuszczalność światła o ulepszonym rozpraszaniu światła został wysoko oceniony przez przemysł, zwłaszcza na obszarach o silnym nasłonecznieniu w północno-zachodnich Chinach.Zastosowanie ulepszonej rozpraszającej błony świetlnej zmniejszyło efekt zacienienia górnej i dolnej części łanu uprawnego, zwiększyło światło w środkowych i dolnych partiach łanu uprawnego, poprawiło właściwości fotosyntetyczne całej rośliny oraz wykazało dobry efekt promowania wzrost i zwiększenie produkcji.

Rozsądny projekt wielkości szklarni

Długość szklarni jest zbyt długa lub zbyt krótka, co wpłynie na kontrolę temperatury w pomieszczeniu.Gdy długość szklarni jest zbyt krótka, przed wschodem i zachodem słońca, obszar zacieniony przez szczyty wschodni i zachodni jest duży, co nie sprzyja ociepleniu szklarni, a ze względu na małą objętość wpłynie na wewnętrzną glebę i ściany pochłanianie i uwalnianie ciepła.Gdy długość jest zbyt duża, trudno jest kontrolować temperaturę w pomieszczeniu, co wpłynie na twardość struktury szklarni i konfigurację mechanizmu zwijania kołdry chroniącej przed ciepłem.Wysokość i rozpiętość szklarni bezpośrednio wpływają na ilość światła dziennego na przednim dachu, wielkość przestrzeni szklarni oraz współczynnik izolacji.Gdy rozpiętość i długość szklarni są ustalone, zwiększenie wysokości szklarni może zwiększyć kąt oświetlenia przedniego dachu z perspektywy środowiska świetlnego, co sprzyja przepuszczalności światła;Z punktu widzenia środowiska termicznego wzrasta wysokość ściany i zwiększa się powierzchnia magazynowania ciepła tylnej ściany, co jest korzystne dla magazynowania i oddawania ciepła przez tylną ścianę.Co więcej, przestrzeń jest duża, współczynnik pojemności cieplnej jest również duży, a środowisko termiczne szklarni jest bardziej stabilne.Oczywiście zwiększenie wysokości szklarni zwiększy koszt szklarni, co wymaga kompleksowego rozważenia.Dlatego projektując szklarnię powinniśmy dobrać rozsądną długość, rozpiętość i wysokość do lokalnych warunków.Na przykład Zhang Caihong i inni uważają, że w północnym Xinjiangu długość szklarni wynosi 50~80 m, rozpiętość 7 m, a wysokość szklarni 3,9 m, podczas gdy w południowym Xinjiangu długość szklarni wynosi 50 ~ 80 m, rozpiętość wynosi 8 m, a wysokość szklarni 3,6 ~ 4,0 m;Uważa się również, że rozpiętość szklarni nie powinna być mniejsza niż 7 m, a gdy rozpiętość wynosi 8 m, efekt zachowania ciepła jest najlepszy.Ponadto Chen Weiqian i inni uważają, że długość, rozpiętość i wysokość szklarni słonecznej powinny wynosić odpowiednio 80 m, 8 ~ 10 m i 3,8 ~ 4,2 m, gdy jest ona budowana w rejonie Gobi w Jiuquan, Gansu.

Popraw zdolność magazynowania ciepła i izolacyjność ściany

W ciągu dnia ściana akumuluje ciepło pochłaniając promieniowanie słoneczne i ciepło z części powietrza w pomieszczeniu.W nocy, gdy temperatura w pomieszczeniu jest niższa niż temperatura ścian, ściana biernie oddaje ciepło, aby ogrzać szklarnię.Jako główny element magazynujący ciepło w szklarni, ściana może znacznie poprawić temperaturę w pomieszczeniu w nocy, poprawiając jej zdolność do magazynowania ciepła.Jednocześnie funkcja termoizolacyjna ściany jest podstawą stabilności środowiska cieplnego szklarni.Obecnie istnieje kilka metod poprawy zdolności magazynowania ciepła i izolacyjności ścian.

01 zaprojektuj rozsądną konstrukcję ściany

Funkcja ściany obejmuje głównie magazynowanie i zatrzymywanie ciepła, a jednocześnie większość ścian szklarniowych służy również jako elementy nośne wspierające więźbę dachową.Z punktu widzenia uzyskania dobrego środowiska termicznego rozsądna konstrukcja ściany powinna mieć wystarczającą zdolność akumulacji ciepła po stronie wewnętrznej i wystarczającą zdolność zachowania ciepła po stronie zewnętrznej, przy jednoczesnym ograniczeniu zbędnych mostków termicznych.W badaniach nad magazynowaniem ciepła i izolacją ścian, Bao Encai i inni zaprojektowali pasywną ścianę magazynowania ciepła zestalonego piasku na obszarze pustyni Wuhai w Mongolii Wewnętrznej.Na zewnątrz zastosowano cegłę porowatą jako warstwę izolacyjną, a wewnątrz warstwę akumulującą ciepło zestalonego piasku.Test wykazał, że temperatura w pomieszczeniu może osiągnąć 13,7 ℃ w słoneczne dni.Ma Yuehong itp. zaprojektował ścianę kompozytową z zaprawy łupinowej pszenicy w północnym Xinjiangu, w której wapno palone jest wypełnione blokami zaprawy jako warstwa magazynująca ciepło, a worki z żużlem są układane na zewnątrz jako warstwa izolacyjna.Ściana z pustaków zaprojektowana przez Zhao Penga itp. w rejonie Gobi w prowincji Gansu wykorzystuje płytę benzenową o grubości 100 mm jako warstwę izolacyjną na zewnątrz oraz piasek i cegłę z pustaków jako warstwę akumulującą ciepło od wewnątrz.Test pokazuje, że średnia temperatura zimą przekracza 10 ℃ w nocy, a Chai Regeneration itp. również wykorzystuje piasek i żwir jako warstwę izolacyjną i warstwę akumulującą ciepło w ścianie w rejonie Gobi w prowincji Gansu.W zakresie redukcji mostków termicznych Yan Junyue itp. zaprojektował lekką i uproszczoną montaż ścianki tylnej, która nie tylko poprawiła odporność termiczną ściany, ale także poprawiła właściwości uszczelniające ściany poprzez przyklejenie płyty styropianowej na zewnątrz tylnej strony ściana;Wu Letian itp. ustawił żelbetową belkę pierścieniową nad fundamentem ściany szklarni i użył trapezowego stempla z cegły tuż nad belką wieńcową do podparcia tylnego dachu, co rozwiązało problem łatwego występowania pęknięć i osiadania fundamentów w szklarniach w Hotian, Xinjiang, wpływając w ten sposób na izolację termiczną szklarni.

02 Wybierz odpowiednie materiały do ​​magazynowania ciepła i izolacji.

Magazynowanie ciepła i efekt izolacyjny ściany zależy przede wszystkim od wyboru materiałów.Na północno-zachodniej pustyni, Gobi, terenach piaszczystych i innych obszarach, w zależności od warunków terenowych, naukowcy wykorzystali lokalne materiały i podjęli odważne próby zaprojektowania wielu różnych rodzajów tylnych ścian szklarni słonecznych.Na przykład, kiedy Zhang Guosen i inni budowali szklarnie na polach piasku i żwiru w Gansu, piasek i żwir były używane jako warstwy do przechowywania ciepła i izolacji ścian;Zgodnie z charakterystyką Gobi i pustyni w północno-zachodnich Chinach, Zhao Peng zaprojektował rodzaj ściany z pustaków z piaskowca i pustaków jako materiałów.Test pokazuje, że średnia temperatura w nocy w pomieszczeniu przekracza 10 ℃.W związku z niedoborem materiałów budowlanych, takich jak cegły i glina, w regionie Gobi w północno-zachodnich Chinach, Zhou Changji i inni odkryli, że lokalne szklarnie zwykle używają kamyków jako materiałów ściennych podczas badania szklarni słonecznych w regionie Gobi w Kizilsu Kirgiz, Xinjiang.Ze względu na właściwości termiczne i wytrzymałość mechaniczną żwiru, szklarnia zbudowana z żwiru ma dobre właściwości pod względem zachowania ciepła, magazynowania ciepła i nośności.Podobnie Zhang Yong itp. również używa kamyków jako głównego materiału ściany i zaprojektował niezależną tylną ścianę z kamyków do przechowywania ciepła w Shanxi i innych miejscach.Test pokazuje, że efekt magazynowania ciepła jest dobry.Zhang itp. zaprojektował rodzaj ściany z piaskowca zgodnie z charakterystyką północno-zachodniego obszaru Gobi, który może podnieść temperaturę w pomieszczeniu o 2,5 ℃.Ponadto Ma Yuehong i inni przetestowali zdolność magazynowania ciepła wypełnionej blokami ściany z piasku, ściany z bloków i ściany z cegły w Hotian w Xinjiangu.Wyniki pokazały, że ściana z piasku wypełniona blokami miała największą pojemność cieplną.Ponadto, aby poprawić wydajność magazynowania ciepła przez ścianę, naukowcy aktywnie opracowują nowe materiały i technologie magazynowania ciepła.Na przykład Bao Encai zaproponował materiał utwardzający o przemianie fazowej, który można wykorzystać do poprawy zdolności magazynowania ciepła tylnej ściany szklarni słonecznej na północno-zachodnich obszarach nieuprawnych.Podczas eksploracji lokalnych materiałów jako materiały ścienne stosuje się również stóg siana, żużel, benzen i słomę, ale te materiały zwykle mają jedynie funkcję zatrzymywania ciepła i nie mają zdolności do magazynowania ciepła.Ogólnie rzecz biorąc, ściany wypełnione żwirem i pustakami mają dobre właściwości akumulacyjne i izolacyjne.

03 Odpowiednio zwiększyć grubość ścianki

Zwykle opór cieplny jest ważnym wskaźnikiem do pomiaru wydajności izolacji termicznej ściany, a czynnikiem wpływającym na opór cieplny jest grubość warstwy materiału, oprócz przewodności cieplnej materiału.Dlatego też, na podstawie doboru odpowiednich materiałów termoizolacyjnych, odpowiednie zwiększenie grubości ściany może zwiększyć całkowity opór cieplny ściany i zmniejszyć straty ciepła przez ścianę, zwiększając tym samym izolacyjność termiczną i zdolność akumulacji ciepła ściany i cała szklarnia.Na przykład w Gansu i innych obszarach średnia grubość ściany worka z piaskiem w mieście Zhangye wynosi 2,6 m, podczas gdy ściana z zaprawy murarskiej w mieście Jiuquan wynosi 3,7 m.Im grubsza ściana, tym większa jest jej izolacyjność termiczna i zdolność akumulacji ciepła.Jednak zbyt grube ściany zwiększą zajęcie terenu i koszt budowy szklarni.Dlatego też z punktu widzenia poprawy izolacyjności cieplnej należy również priorytetowo potraktować wybór materiałów o wysokiej izolacyjności termicznej i niskim przewodnictwie cieplnym, takich jak styropian, poliuretan i inne materiały, a następnie odpowiednio zwiększyć grubość.

Rozsądny projekt tylnego dachu

Przy projektowaniu tylnego dachu głównym założeniem jest nie powodowanie wpływu zacienienia i poprawa izolacyjności termicznej.Aby zmniejszyć wpływ zacienienia na dach tylny, ustawienie kąta nachylenia opiera się głównie na fakcie, że dach tylny może być bezpośrednio nasłoneczniony w ciągu dnia, kiedy sadzi się i uprawia rośliny.Dlatego kąt elewacji tylnego dachu jest generalnie wybierany tak, aby był lepszy niż lokalny kąt wysokości słonecznej podczas przesilenia zimowego wynoszący 7°~8°.Na przykład Zhang Caihong i inni uważają, że podczas budowy szklarni słonecznych w Gobi i obszarów solankowo-alkalicznych w Xinjiangu przewidywana długość tylnego dachu wynosi 1,6 m, więc kąt nachylenia tylnego dachu wynosi 40° w południowym Xinjiangu i 45° w północnym Sinciangu.Chen Wei-Qian i inni uważają, że tylny dach szklarni słonecznej w rejonie Jiuquan Gobi powinien być nachylony pod kątem 40°.W przypadku izolacji termicznej dachu tylnego należy zapewnić izolacyjność termiczną głównie przy doborze materiałów termoizolacyjnych, projekcie niezbędnej grubości i rozsądnym połączeniu zakładkowym materiałów termoizolacyjnych podczas budowy.

Zmniejsz straty ciepła w glebie

Podczas zimowej nocy, ponieważ temperatura gleby w pomieszczeniu jest wyższa niż na zewnątrz, ciepło gleby w pomieszczeniu zostanie przeniesione na zewnątrz w wyniku przewodzenia ciepła, powodując utratę ciepła w szklarni.Istnieje kilka sposobów ograniczenia strat ciepła w glebie.

01 izolacja gruntu

Grunt opada prawidłowo, unikając zamarzniętej warstwy gleby i wykorzystując glebę do zatrzymywania ciepła.Na przykład szklarnia słoneczna „1448 z trzech materiałów, jedno ciało” opracowana przez Chai Regeneration i inne nieuprawiane grunty w korytarzu Hexi została zbudowana przez wykopanie 1 m w dół, skutecznie omijając warstwę zamarzniętej gleby;Biorąc pod uwagę fakt, że głębokość zamarzniętej gleby w obszarze Turpan wynosi 0,8 m, Wang Huamin i inni zasugerowali wykopanie 0,8 m, aby poprawić izolacyjność termiczną szklarni.Kiedy Zhang Guosen i inni budowali tylną ścianę szklarni słonecznej z podwójnym łukiem i podwójną folią do kopania na gruntach nierolnych, głębokość kopania wynosiła 1 m.Eksperyment wykazał, że najniższa temperatura w nocy wzrosła o 2 ~ 3 ℃ w porównaniu z tradycyjną szklarnią słoneczną drugiej generacji.

02 podkładowa ochrona przed zimnem

Główną metodą jest wykopanie rowu mrozoodpornego wzdłuż części fundamentowej stropodachu, zasypanie materiałami termoizolacyjnymi lub ciągłe zakopywanie materiałów termoizolacyjnych pod ziemią wzdłuż części ściany fundamentowej, co ma na celu zmniejszenie strat ciepła spowodowanych przez przenikanie ciepła przez glebę w granicznej części szklarni.Stosowane materiały termoizolacyjne są oparte głównie na lokalnych warunkach w północno-zachodnich Chinach i można je uzyskać lokalnie, takie jak siano, żużel, wełna mineralna, płyty styropianowe, słoma kukurydziana, obornik koński, opadłe liście, połamana trawa, trociny, chwasty, słoma itp.

03 folia ściółkowa

Pokrywając folię z tworzywa sztucznego, światło słoneczne może dotrzeć do gleby przez folię z tworzywa sztucznego w ciągu dnia, a gleba pochłania ciepło słońca i nagrzewa się.Ponadto folia z tworzywa sztucznego może blokować promieniowanie długofalowe odbijane przez glebę, zmniejszając w ten sposób utratę promieniowania w glebie i zwiększając magazynowanie ciepła w glebie.W nocy folia z tworzywa sztucznego może utrudniać konwekcyjną wymianę ciepła między glebą a powietrzem w pomieszczeniu, zmniejszając w ten sposób utratę ciepła przez glebę.Jednocześnie folia z tworzywa sztucznego może również zmniejszyć ukrytą utratę ciepła spowodowaną parowaniem wody z gleby.Wei Wenxiang pokrył szklarnię folią z tworzywa sztucznego na płaskowyżu Qinghai, a eksperyment wykazał, że temperaturę gruntu można podnieść o około 1 ℃.

Wzmocnienie właściwości termoizolacyjnych przedniego dachu

Przedni dach szklarni jest główną powierzchnią rozpraszania ciepła, a straty ciepła stanowią ponad 75% całkowitych strat ciepła w szklarni.Dlatego wzmocnienie zdolności izolacji cieplnej przedniego dachu szklarni może skutecznie zmniejszyć straty przez przedni dach i poprawić warunki zimowej temperatury w szklarni.Obecnie istnieją trzy główne środki poprawiające izolacyjność termiczną dachu przedniego.

01 Zastosowano wielowarstwowe przezroczyste pokrycie.

Strukturalnie, zastosowanie folii dwuwarstwowej lub folii trójwarstwowej jako przepuszczającej światło powierzchni szklarni może skutecznie poprawić izolacyjność termiczną szklarni.Na przykład Zhang Guosen i inni zaprojektowali szklarnię słoneczną typu kopanie z podwójnym łukiem i podwójną folią w rejonie Gobi w mieście Jiuquan.Zewnętrzna część przedniego dachu szklarni wykonana jest z folii EVA, a wnętrze szklarni z niekapiącej folii przeciwstarzeniowej PVC.Eksperymenty pokazują, że w porównaniu z tradycyjną szklarnią słoneczną drugiej generacji efekt izolacji termicznej jest znakomity, a najniższa temperatura w nocy wzrasta średnio o 2 ~ 3 ℃.Podobnie Zhang Jingshe itp. zaprojektował również szklarnię słoneczną z podwójnym pokryciem foliowym dla charakterystyk klimatycznych panujących na dużych szerokościach geograficznych iw obszarach o bardzo niskich temperaturach, co znacznie poprawiło izolację termiczną szklarni.W porównaniu ze szklarnią kontrolną temperatura nocna wzrosła o 3℃.Ponadto Wu Letian i inni próbowali zastosować trzy warstwy folii EVA o grubości 0,1 mm na przednim dachu szklarni słonecznej zaprojektowanej na pustyni Hetian w Xinjiang.Folia wielowarstwowa może skutecznie zmniejszyć utratę ciepła przedniego dachu, ale ponieważ przepuszczalność światła folii jednowarstwowej wynosi zasadniczo około 90%, folia wielowarstwowa w naturalny sposób doprowadzi do osłabienia przepuszczalności światła.Dlatego przy wyborze wielowarstwowego pokrycia przepuszczającego światło należy należycie uwzględnić warunki oświetleniowe i wymagania oświetleniowe szklarni.

02 Wzmocnienie nocnej izolacji dachu przedniego

Folia z tworzywa sztucznego jest stosowana na przednim dachu w celu zwiększenia przepuszczalności światła w ciągu dnia, a nocą staje się najsłabszym miejscem w całej szklarni.Dlatego pokrycie zewnętrznej powierzchni przedniego dachu grubą kompozytową kołdrą termoizolacyjną jest niezbędnym środkiem termoizolacyjnym szklarni solarnych.Na przykład w alpejskim regionie Qinghai Liu Yanjie i inni używali słomianych zasłon i papieru pakowego jako kołder termoizolacyjnych do eksperymentów.Wyniki testów wykazały, że najniższa temperatura wewnętrzna w szklarni w nocy może osiągnąć powyżej 7,7 ℃.Ponadto Wei Wenxiang uważa, że ​​straty ciepła w szklarni można zmniejszyć o ponad 90%, stosując podwójne zasłony z trawy lub papier siarczanowy na zewnątrz zasłon z trawy do izolacji termicznej w tym obszarze.Ponadto Zou Ping itp. zastosował kołdrę izolacyjną z filcu igłowanego z włókien pochodzących z recyklingu w szklarni słonecznej w regionie Gobi w Xinjiang, a Chang Meimei itp. zastosował izolację termiczną z bawełnianej kołdry izolacyjnej w szklarni słonecznej w regionie Gobi w Korytarz Hexi.Obecnie istnieje wiele rodzajów kołder termoizolacyjnych stosowanych w szklarniach słonecznych, ale większość z nich jest wykonana z filcu igłowanego, bawełny natryskiwanej klejem, bawełny perłowej itp., Z wodoodpornymi lub przeciwstarzeniowymi warstwami wierzchnimi po obu stronach.Zgodnie z mechanizmem izolacji termicznej kołdry termoizolacyjnej, aby poprawić jej właściwości termoizolacyjne, powinniśmy zacząć od poprawy jej odporności termicznej i zmniejszenia współczynnika przenikania ciepła, a głównymi środkami są zmniejszenie przewodności cieplnej materiałów, zwiększenie grubości warstw materiału lub zwiększyć liczbę warstw materiału itp. Dlatego obecnie materiał rdzenia kołdry termoizolacyjnej o wysokich parametrach termoizolacyjnych jest często wykonany z wielowarstwowych materiałów kompozytowych.Zgodnie z testem, współczynnik przenikania ciepła kołdry termoizolacyjnej o wysokiej izolacyjności termicznej może obecnie osiągnąć 0,5 W/(m2℃), co zapewnia lepszą gwarancję izolacji termicznej szklarni w zimnych obszarach w zimie.Oczywiście północno-zachodni obszar jest wietrzny i zakurzony, a promieniowanie ultrafioletowe jest silne, więc warstwa wierzchnia izolacji termicznej powinna mieć dobre właściwości przeciwstarzeniowe.

03 Dodaj wewnętrzną kurtynę termoizolacyjną.

Chociaż przedni dach szklarni nasłonecznionej jest w nocy przykryty zewnętrzną izolacją termiczną, to jeśli chodzi o inne konstrukcje całej szklarni, dach przedni jest nadal słabym miejscem dla całej szklarni w nocy.Dlatego też zespół projektowy „Struktura i technologia budowy szklarni na północno-zachodnich terenach nierolnych” zaprojektował prosty system zwijania wewnętrznej izolacji termicznej (rysunek 1), którego konstrukcja składa się ze stałej wewnętrznej kurtyny termoizolacyjnej w przedniej części stopy i ruchoma wewnętrzna kurtyna termoizolacyjna w górnej przestrzeni.Górna ruchoma kurtyna termoizolacyjna jest otwierana i składana na tylnej ścianie szklarni w ciągu dnia, co nie wpływa na oświetlenie szklarni;Stała na dole kołdra termoizolacyjna pełni funkcję docieplającą w nocy.Wewnętrzna konstrukcja izolacji jest schludna i łatwa w obsłudze, a latem może również pełnić rolę cieniowania i chłodzenia.

Aktywna technologia ocieplenia

Ze względu na niskie temperatury zimą w północno-zachodnich Chinach, jeśli polegamy tylko na utrzymywaniu i magazynowaniu ciepła w szklarniach, nadal nie możemy sprostać wymaganiom zimowania produkcji roślinnej w niektóre zimne dni, więc niektóre aktywne środki ocieplenia są również zainteresowany.

System magazynowania energii słonecznej i uwalniania ciepła

Jest to ważny powód, dla którego ściana pełni funkcje zatrzymywania ciepła, magazynowania ciepła i przenoszenia obciążeń, co prowadzi do wysokich kosztów budowy i niskiego stopnia wykorzystania gruntów szklarni słonecznych.Dlatego uproszczenie i montaż szklarni słonecznych z pewnością będzie ważnym kierunkiem rozwoju w przyszłości.Wśród nich uproszczenie funkcji ściany polega na zwolnieniu funkcji magazynowania i uwalniania ciepła ściany, tak aby tylna ściana pełniła tylko funkcję zatrzymywania ciepła, co jest skutecznym sposobem na uproszczenie rozwoju.Na przykład aktywny system magazynowania i uwalniania ciepła Fang Hui (rysunek 2) jest szeroko stosowany na obszarach nieuprawianych, takich jak Gansu, Ningxia i Xinjiang.Jego urządzenie do zbierania ciepła jest zawieszone na północnej ścianie.W ciągu dnia ciepło zebrane przez urządzenie do gromadzenia ciepła jest magazynowane w korpusie magazynującym ciepło poprzez obieg nośnika ciepła, a w nocy ciepło jest uwalniane i ogrzewane przez obieg nośnika ciepła, realizując w ten sposób przenoszenie ciepła w czasie i przestrzeni.Eksperymenty pokazują, że minimalną temperaturę w szklarni można podnieść o 3 ~ 5 ℃ za pomocą tego urządzenia.Wang Zhiwei itp. zaproponował system ogrzewania z kurtyną wodną dla szklarni słonecznych w południowej części pustyni Xinjiang, który może podnieść temperaturę szklarni o 2,1 ℃ w nocy.

Ponadto Bao Encai itp. zaprojektował system aktywnego magazynowania ciepła dla ściany północnej.W ciągu dnia, poprzez obieg wentylatorów osiowych, ciepłe powietrze wewnętrzne przepływa przez kanał ciepłowniczy wbudowany w ścianę północną, a kanał ciepłowniczy wymienia ciepło z warstwą akumulacyjną wewnątrz ściany, co znacznie poprawia pojemność cieplną budynku ściana.Ponadto solarny system magazynowania ciepła z przemianą fazową, zaprojektowany przez Yan Yantao itp., magazynuje ciepło w materiałach zmiennofazowych przez kolektory słoneczne w ciągu dnia, a następnie rozprasza ciepło do powietrza w pomieszczeniu poprzez cyrkulację powietrza w nocy, co może zwiększyć średnia temperatura w nocy o 2,0℃.Powyższe technologie i urządzenia do wykorzystania energii słonecznej mają cechy ekonomiczne, energooszczędne i niskoemisyjne.Po optymalizacji i ulepszeniu powinny mieć dobre perspektywy zastosowania na obszarach o obfitych zasobach energii słonecznej w północno-zachodnich Chinach.

Inne pomocnicze technologie grzewcze

01 ogrzewanie energią biomasy

Ściółka, słoma, obornik krowi, owczy i drobiowy są mieszane z bakteriami biologicznymi i zakopywane w glebie w szklarni.Podczas procesu fermentacji wytwarzane jest dużo ciepła, a podczas procesu fermentacji powstaje wiele korzystnych szczepów, materii organicznej i CO2.Korzystne szczepy mogą hamować i zabijać różne zarazki oraz mogą zmniejszać występowanie chorób szklarniowych i szkodników;Materia organiczna może stać się nawozem dla upraw;Wytwarzany CO2 może usprawnić fotosyntezę upraw.Na przykład Wei Wenxiang zakopał gorące nawozy organiczne, takie jak obornik koński, krowi i owczy, w glebie w szklarni słonecznej na płaskowyżu Qinghai, co skutecznie podniosło temperaturę gruntu.W szklarni słonecznej na pustyni Gansu Zhou Zhilong użył słomy i nawozów organicznych do fermentacji między uprawami.Test wykazał, że temperaturę w szklarni można zwiększyć o 2 ~ 3 ℃.

02 ogrzewanie węglowe

Istnieje sztuczny piec, energooszczędny podgrzewacz wody i ogrzewanie.Na przykład, po zbadaniu płaskowyżu Qinghai, Wei Wenxiang odkrył, że ogrzewanie sztucznym piecem było stosowane głównie lokalnie.Ta metoda ogrzewania ma zalety szybszego ogrzewania i oczywistego efektu ogrzewania.Jednak szkodliwe gazy, takie jak SO2, CO i H2S, będą wytwarzane w procesie spalania węgla, dlatego konieczne jest dobre wykonanie odprowadzania szkodliwych gazów.

03 ogrzewanie elektryczne

Użyj elektrycznego przewodu grzejnego do ogrzania przedniego dachu szklarni lub użyj grzejnika elektrycznego.Efekt ogrzewania jest niezwykły, użytkowanie jest bezpieczne, w szklarni nie powstają żadne zanieczyszczenia, a urządzenia grzewcze są łatwe do kontrolowania.Chen Weiqian i inni uważają, że problem szkód spowodowanych zamarzaniem zimą w rejonie Jiuquan utrudnia rozwój lokalnego rolnictwa Gobi, a do ogrzewania szklarni można wykorzystać elektryczne elementy grzejne.Jednak ze względu na stosowanie wysokiej jakości źródeł energii elektrycznej zużycie energii jest wysokie, a koszt wysoki.Sugeruje się, że powinien być używany jako tymczasowe źródło ogrzewania awaryjnego w ekstremalnie niskich temperaturach.

Środki zarządzania środowiskowego

W procesie produkcji i użytkowania szklarni kompletne wyposażenie i normalna praca nie mogą skutecznie zapewnić, że jej środowisko termiczne spełnia wymagania projektowe.W rzeczywistości użytkowanie i zarządzanie sprzętem często odgrywa kluczową rolę w tworzeniu i utrzymywaniu środowiska termicznego, z których najważniejszym jest codzienne zarządzanie kołdrą termoizolacyjną i otworami wentylacyjnymi.

Zarządzanie kołdrą termoizolacyjną

Kołdra termoizolacyjna jest kluczem do nocnej izolacji termicznej przedniego dachu, dlatego niezwykle ważne jest udoskonalenie jej codziennego zarządzania i konserwacji, w szczególności należy zwrócić uwagę na następujące problemy: ①Wybierz odpowiedni czas otwierania i zamykania kołdry termoizolacyjnej .Czas otwierania i zamykania kołdry termoizolacyjnej nie tylko wpływa na czas oświetlenia szklarni, ale również wpływa na proces ogrzewania w szklarni.Zbyt wczesne lub zbyt późne otwieranie i zamykanie kołdry termoizolacyjnej nie sprzyja gromadzeniu się ciepła.Rano, jeśli kołdra zostanie odkryta zbyt wcześnie, temperatura w pomieszczeniu zbytnio spadnie z powodu niskiej temperatury zewnętrznej i słabego oświetlenia.Wręcz przeciwnie, jeśli czas odsłonięcia kołdry będzie zbyt późny, czas wpadania światła do szklarni ulegnie skróceniu, a wzrost temperatury w pomieszczeniu opóźni się.Po południu, jeśli kołdra termoizolacyjna zostanie wyłączona zbyt wcześnie, czas ekspozycji w pomieszczeniu ulegnie skróceniu, a magazynowanie ciepła przez grunt i ściany w pomieszczeniu zostanie zmniejszone.Wręcz przeciwnie, jeśli funkcja utrzymywania ciepła zostanie wyłączona zbyt późno, rozpraszanie ciepła w szklarni zostanie zwiększone z powodu niskiej temperatury zewnętrznej i słabego oświetlenia.Dlatego ogólnie rzecz biorąc, gdy kołdra termoizolacyjna jest włączana rano, wskazane jest, aby temperatura wzrosła po spadku o 1 ~ 2 ℃, natomiast gdy kołdra termoizolacyjna jest wyłączona, wskazane jest, aby temperatura wzrosła po spadku o 1 ~ 2 ℃.② Zamykając kołdrę termoizolacyjną, zwróć uwagę, czy kołdra termoizolacyjna szczelnie zakrywa wszystkie przednie dachy i wyreguluj je na czas, jeśli jest szczelina.③ Po całkowitym rozłożeniu kołdry termoizolacyjnej sprawdź, czy dolna część została zagęszczona, aby zapobiec podnoszeniu efektu zachowania ciepła przez wiatr w nocy.④ Sprawdzaj i konserwuj kołdrę termoizolacyjną na czas, zwłaszcza gdy kołdra termoizolacyjna jest uszkodzona, napraw ją lub wymień na czas.⑤ Zwróć uwagę na warunki pogodowe w czasie.Gdy pada deszcz lub śnieg, przykryj kołdrę termoizolacyjną na czas i usuń śnieg na czas.

Zarządzanie otworami wentylacyjnymi

Celem wentylacji zimą jest regulacja temperatury powietrza tak, aby w okolicach południa uniknąć nadmiernej temperatury;Drugi to wyeliminowanie wilgoci w pomieszczeniach, zmniejszenie wilgotności powietrza w szklarni oraz zwalczanie szkodników i chorób;Trzecim jest zwiększenie stężenia CO2 w pomieszczeniach i promowanie wzrostu upraw.Jednak wentylacja i utrzymywanie ciepła są sprzeczne.Jeśli wentylacja nie jest odpowiednio zarządzana, prawdopodobnie doprowadzi to do problemów z niską temperaturą.W związku z tym, kiedy i na jak długo należy otwierać otwory wentylacyjne, należy w dowolnym momencie dynamicznie dostosowywać je do warunków środowiskowych panujących w szklarni.Na północno-zachodnich obszarach nieuprawnych zarządzanie otworami wentylacyjnymi w szklarniach dzieli się głównie na dwa sposoby: obsługę ręczną i prostą wentylację mechaniczną.Jednak czas otwarcia i czas wentylacji otworów wentylacyjnych opiera się głównie na subiektywnej ocenie ludzi, więc może się zdarzyć, że otwory wentylacyjne zostaną otwarte zbyt wcześnie lub zbyt późno.Aby rozwiązać powyższe problemy, Yin Yilei itp. zaprojektował inteligentne urządzenie wentylacyjne na dachu, które może określać czas otwierania oraz rozmiar otwierania i zamykania otworów wentylacyjnych zgodnie ze zmianami środowiska wewnętrznego.Wraz z pogłębianiem się badań nad prawami zmian środowiskowych i zapotrzebowaniem na plony, a także upowszechnianiem i postępem technologii i urządzeń takich jak percepcja środowiska, zbieranie, analiza i kontrola informacji, automatyzacja zarządzania wentylacją w szklarniach słonecznych powinna stać się ważny kierunek rozwoju w przyszłości.

Inne środki zarządzania

W procesie stosowania różnego rodzaju folii zrzucanych ich zdolność przepuszczania światła będzie stopniowo słabnąć, a prędkość osłabiania jest związana nie tylko z ich własnymi właściwościami fizycznymi, ale także z otaczającym środowiskiem i zarządzaniem podczas użytkowania.W procesie użytkowania najważniejszym czynnikiem prowadzącym do spadku przepuszczalności światła jest zanieczyszczenie powierzchni folii.Dlatego niezwykle ważne jest przeprowadzanie regularnego czyszczenia i czyszczenia, gdy pozwalają na to warunki.Ponadto należy regularnie sprawdzać konstrukcję obudowy szklarni.W przypadku przecieku w ścianie i przednim dachu należy go naprawić na czas, aby uniknąć wpływu zimnego powietrza na szklarnię.

Istniejące problemy i kierunki rozwoju

Naukowcy przez wiele lat badali i badali technologię zatrzymywania i magazynowania ciepła, technologię zarządzania i metody ocieplenia szklarni na północno-zachodnich obszarach nieuprawnych, które w zasadzie zrealizowały zimującą produkcję warzyw, znacznie poprawiły zdolność szklarni do przeciwstawienia się urazom w niskich temperaturach , aw zasadzie zrealizował zimującą produkcję warzyw.Wniosła historyczny wkład w złagodzenie sprzeczności między żywnością a warzywami konkurującymi o ziemię w Chinach.Jednak w północno-zachodnich Chinach nadal występują następujące problemy związane z technologią gwarancji temperatury.

Typy szklarni do modernizacji

Obecnie typy szklarni są nadal powszechne, budowane pod koniec XX wieku i na początku tego wieku, o prostej konstrukcji, nierozsądnym projekcie, słabej zdolności do utrzymania środowiska cieplnego szklarni i odporności na klęski żywiołowe oraz brak standaryzacji.Dlatego w przyszłym projekcie szklarni należy ujednolicić kształt i nachylenie przedniego dachu, kąt azymutu szklarni, wysokość tylnej ściany, głębokość zanurzenia szklarni itp. poprzez pełne połączenie lokalnej szerokości geograficznej i właściwości klimatu.Jednocześnie w miarę możliwości w szklarni można sadzić tylko jedną uprawę, aby można było przeprowadzić standardowe dopasowanie szklarni zgodnie z wymaganiami dotyczącymi światła i temperatury sadzonych roślin.

Skala szklarniowa jest stosunkowo niewielka.

Jeśli skala szklarni jest zbyt mała, wpłynie to na stabilność środowiska termicznego szklarni i rozwój mechanizacji.Wraz ze stopniowym wzrostem kosztów pracy, ważnym kierunkiem w przyszłości jest rozwój mechanizacji.Dlatego w przyszłości powinniśmy opierać się na poziomie rozwoju lokalnego, uwzględniać potrzeby rozwoju mechanizacji, racjonalnie projektować przestrzeń wewnętrzną i układ szklarni, przyspieszyć badania i rozwój sprzętu rolniczego odpowiedniego dla lokalnych obszarów oraz poprawić tempo mechanizacji produkcji szklarniowej.Jednocześnie, zgodnie z potrzebami upraw i wzorcami upraw, odpowiedni sprzęt powinien być dopasowany do standardów, a zintegrowane badania i rozwój, innowacje i popularyzacja wentylacji, redukcji wilgotności, zatrzymywania ciepła i urządzeń grzewczych powinny być promowane.

Grubość ścian, takich jak piasek i pustaki, jest nadal gruba.

Jeśli ściana jest zbyt gruba, chociaż efekt izolacji jest dobry, zmniejszy to stopień wykorzystania gleby, zwiększy koszty i trudność budowy.Dlatego w przyszłym rozwoju, z jednej strony, grubość ścianki może być naukowo zoptymalizowana zgodnie z lokalnymi warunkami klimatycznymi;Z drugiej strony powinniśmy promować lekką i uproszczoną zabudowę tylnej ściany, tak aby tylna ściana szklarni zachowała jedynie funkcję zatrzymywania ciepła, zastosować kolektory słoneczne i inne urządzenia zastępujące magazynowanie i oddawanie ciepła przez ścianę .Kolektory słoneczne charakteryzują się wysoką wydajnością gromadzenia ciepła, dużą zdolnością gromadzenia ciepła, oszczędnością energii, niską emisją węgla i tak dalej, a większość z nich może realizować aktywną regulację i kontrolę oraz może przeprowadzać ukierunkowane ogrzewanie egzotermiczne zgodnie z wymaganiami środowiskowymi szklarni nocą, przy wyższej efektywności wykorzystania ciepła.

Należy opracować specjalną kołdrę termoizolacyjną.

Dach przedni jest głównym elementem rozpraszania ciepła w szklarni, a izolacyjność termiczna kołdry termoizolacyjnej bezpośrednio wpływa na środowisko termiczne w pomieszczeniu.Obecnie temperatura w szklarni na niektórych obszarach nie jest dobra, częściowo dlatego, że kołdra termoizolacyjna jest zbyt cienka, a właściwości termoizolacyjne materiałów są niewystarczające.Jednocześnie kołdra termoizolacyjna nadal ma pewne problemy, takie jak słaba wodoodporność i zdolność jazdy na nartach, łatwe starzenie się powierzchni i materiałów rdzenia itp. Dlatego w przyszłości odpowiednie materiały termoizolacyjne powinny być dobierane naukowo zgodnie z lokalnymi właściwości i wymagania klimatyczne oraz specjalne kołdry termoizolacyjne nadające się do lokalnego użytku i popularyzacji.

KONIEC

Cytowane informacje

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi itp. Stan badań nad technologią gwarantującą temperaturę otoczenia w szklarni słonecznej na północno-zachodnich terenach nieuprawnych [J].Technologia inżynierii rolniczej, 2022,42(28):12-20.