Li Ťien-ming, Sun Guotao atd.Skleníkové zahradnické technologie zemědělské techniky21. 11. 2022 17:42 Vydáno v Pekingu

V posledních letech se skleníkový průmysl prudce rozvíjí.Rozvoj skleníků nejen zlepšuje míru využití půdy a produkci zemědělských produktů, ale také řeší problém dodávek ovoce a zeleniny mimo sezónu.Skleník se však také setkal s nebývalými problémy.Původní zařízení, způsoby vytápění a konstrukční formy vytvořily odolnost vůči životnímu prostředí a vývoji.Ke změně struktury skleníku jsou naléhavě zapotřebí nové materiály a nové designy a naléhavě jsou zapotřebí nové zdroje energie k dosažení cílů úspory energie a ochrany životního prostředí a zvýšení produkce a příjmů.

Tento článek pojednává o tématu „nová energie, nové materiály, nový design, který pomůže nové revoluci skleníků“, včetně výzkumu a inovací solární energie, energie z biomasy, geotermální energie a dalších nových zdrojů energie ve skleníku, výzkum a aplikace nových materiálů pro pokrytí, tepelnou izolaci, stěny a další vybavení a budoucí vyhlídky a myšlení o nové energii, nových materiálech a novém designu, které pomohou reformě skleníku, aby poskytly referenci pro průmysl.

Rozvoj zařízení pro zemědělství je politickým požadavkem a nevyhnutelnou volbou pro realizaci ducha důležitých pokynů a rozhodování ústřední vlády.V roce 2020 bude celková plocha chráněného zemědělství v Číně činit 2,8 milionu hm2 a výstupní hodnota přesáhne 1 bilion jüanů.Je to důležitý způsob, jak zlepšit kapacitu produkce skleníků, aby se zlepšilo osvětlení skleníku a výkon tepelné izolace pomocí nové energie, nových materiálů a nového designu skleníku.Tradiční skleníková produkce má mnoho nevýhod, jako je uhlí, topný olej a další zdroje energie používané k vytápění a vytápění v tradičních sklenících, což má za následek velké množství oxidu uhličitého, který vážně znečišťuje životní prostředí, zatímco zemní plyn, elektrická energie a jiné zdroje energie zvyšují provozní náklady skleníků.Tradičními tepelně akumulačními materiály pro stěny skleníků jsou většinou hlína a cihly, které hodně spotřebují a způsobují vážné škody na půdě.Účinnost využití půdy tradičního solárního skleníku se zemní stěnou je pouze 40 % ~ 50 % a běžný skleník má špatnou kapacitu akumulace tepla, takže v severní Číně nemůže přežít zimu, aby produkoval teplou zeleninu.Proto jádro podpory skleníkových změn, neboli základního výzkumu, spočívá v návrhu skleníku, výzkumu a vývoji nových materiálů a nové energie.Tento článek se zaměří na výzkum a inovace nových zdrojů energie ve skleníku, shrnuje stav výzkumu nových zdrojů energie, jako je solární energie, energie z biomasy, geotermální energie, větrná energie a nové transparentní krycí materiály, tepelně izolační materiály a materiály stěn v skleníku, analyzovat využití nové energie a nových materiálů při stavbě nového skleníku a těšit se na jejich roli v budoucím vývoji a přeměně skleníku.

Výzkum a inovace nového energetického skleníku

Zelená nová energie s největším potenciálem zemědělského využití zahrnuje solární energii, geotermální energii a energii z biomasy nebo komplexní využití různých nových zdrojů energie tak, aby bylo dosaženo efektivního využití energie tím, že se budeme učit od ostatních silných stránek.

solární energie/energie

Technologie solární energie je nízkouhlíkovým, účinným a udržitelným způsobem dodávek energie a je důležitou součástí nově vznikajících strategických průmyslových odvětví Číny.Stane se nevyhnutelnou volbou pro transformaci a modernizaci čínské energetické struktury v budoucnosti.Samotný skleník je z hlediska energetického využití objektem pro využití solární energie.Prostřednictvím skleníkového efektu se sluneční energie shromažďuje uvnitř, teplota skleníku se zvyšuje a je zajištěno potřebné teplo pro růst plodin.Hlavním energetickým zdrojem fotosyntézy skleníkových rostlin je přímé sluneční záření, což je přímé využití sluneční energie.

01 Fotovoltaická výroba elektřiny pro výrobu tepla

Fotovoltaická výroba elektřiny je technologie, která přímo přeměňuje světelnou energii na elektrickou energii na základě fotovoltaického efektu.Klíčovým prvkem této technologie je solární článek.Když sluneční energie svítí na pole solárních panelů v sérii nebo paralelně, polovodičové součástky přímo přeměňují energii slunečního záření na elektrickou energii.Fotovoltaická technologie může přímo přeměňovat světelnou energii na elektrickou energii, ukládat elektřinu prostřednictvím baterií a vytápět skleník v noci, ale její vysoká cena omezuje její další rozvoj.Výzkumná skupina vyvinula fotovoltaické grafenové topné zařízení, které se skládá z flexibilních fotovoltaických panelů, stroje pro zpětné ovládání vše v jednom, akumulátoru a grafenové topné tyče.Podle délky sázecí linie je grafenová topná tyč pohřbena pod sáčkem substrátu.Během dne fotovoltaické panely absorbují sluneční záření, aby vytvářely elektřinu a ukládaly ji do akumulátoru, a poté se elektřina v noci uvolňuje pro grafenovou topnou tyč.Při skutečném měření je použit režim řízení teploty začínající na 17℃ a zavírání na 19℃.Běh v noci (20:00-08:00 druhého dne) po dobu 8 hodin, spotřeba energie na vytápění jedné řady rostlin je 1,24 kW·h a průměrná teplota pytle substrátu v noci je 19,2℃, což je o 3,5 ~ 5,3 ℃ vyšší než u kontroly.Tento způsob vytápění v kombinaci s fotovoltaickou výrobou elektřiny řeší problémy vysoké spotřeby energie a vysokého znečištění při vytápění skleníků v zimě.

02 fototermální konverze a využití

Solární fototermální přeměna se týká použití speciálního povrchu pro shromažďování slunečního světla vyrobeného z materiálů pro fototermální přeměnu, který shromažďuje a absorbuje co nejvíce sluneční energie vyzařované na ni a přeměňuje ji na tepelnou energii.Ve srovnání se solárními fotovoltaickými aplikacemi zvyšují solární fototermální aplikace absorpci blízkého infračerveného pásma, takže mají vyšší účinnost využití slunečního světla, nižší náklady a vyspělou technologii a jsou nejrozšířenějším způsobem využití solární energie.

Nejvyspělejší technologií fototermální přeměny a využití v Číně je solární kolektor, jehož hlavní součástí je deskové jádro pohlcující teplo se selektivním absorpčním povlakem, které dokáže přeměnit energii slunečního záření procházející krycí deskou na tepelnou energii a přenášet do pracovního média pohlcujícího teplo.Sluneční kolektory lze rozdělit do dvou kategorií podle toho, zda je v kolektoru vakuový prostor či nikoli: ploché solární kolektory a vakuové trubicové solární kolektory;koncentrační sluneční kolektory a nekoncentrační solární kolektory podle toho, zda sluneční záření na vstupu denního osvětlení mění směr;a kapalinové solární kolektory a vzduchové solární kolektory podle druhu teplonosného pracovního média.

Využití sluneční energie ve skleníku se uskutečňuje především prostřednictvím různých typů solárních kolektorů.Univerzita Ibn Zor v Maroku vyvinula aktivní solární systém vytápění (ASHS) pro skleníkové oteplování, který může v zimě zvýšit celkovou produkci rajčat o 55 %.Čínská zemědělská univerzita navrhla a vyvinula sadu sběrného a vypouštěcího systému povrchového chladiče a ventilátoru s kapacitou sběru tepla 390,6–693,0 MJ a předložila myšlenku oddělení procesu sběru tepla od procesu akumulace tepla pomocí tepelného čerpadla.Univerzita v Bari v Itálii vyvinula skleníkový polygenerační systém vytápění, který se skládá ze solárního energetického systému a tepelného čerpadla vzduch-voda a dokáže zvýšit teplotu vzduchu o 3,6 % a teplotu půdy o 92 %.Výzkumná skupina vyvinula druh zařízení pro aktivní solární sběr tepla s proměnným úhlem sklonu pro solární skleník a podpůrné zařízení pro akumulaci tepla pro skleníkový vodní útvar napříč počasím.Technologie aktivního solárního sběru tepla s proměnným sklonem prolamuje omezení tradičních zařízení na sběr tepla ve skleníku, jako je omezená kapacita sběru tepla, zastínění a zábor obdělávané půdy.Použitím speciální skleníkové konstrukce solárního skleníku je plně využit nevysazovací prostor skleníku, což výrazně zlepšuje efektivitu využití skleníkového prostoru.Za typických slunečných pracovních podmínek dosahuje aktivní solární systém sběru tepla s proměnným sklonem 1,9 MJ/(m2h), účinnost využití energie dosahuje 85,1 % a míra úspory energie je 77 %.V technologii skladování tepla ve skleníku je nastavena struktura akumulace tepla s vícefázovou změnou, zvyšuje se kapacita akumulace tepla zařízení pro akumulaci tepla a je realizováno pomalé uvolňování tepla ze zařízení, aby bylo realizováno efektivní využití teplo shromážděné zařízením pro sběr solárního tepla ve skleníku.

energie z biomasy

Kombinací zařízení na výrobu tepla z biomasy se skleníkem je postavena nová struktura zařízení a suroviny z biomasy, jako je prasečí hnůj, zbytky hub a sláma, jsou kompostovány pro vaření tepla a vytvořená tepelná energie je přímo dodávána do skleníku [ 5].Ve srovnání se skleníkem bez ohřívací nádrže na fermentaci biomasy dokáže ohřívací skleník efektivně zvýšit teplotu půdy ve skleníku a udržovat správnou teplotu kořenů plodin pěstovaných v půdě v normálním klimatu v zimě.Vezměme si příklad jednovrstvého asymetrického tepelně izolačního skleníku o rozpětí 17 ma délce 30 m, přidání 8 m zemědělského odpadu (rajčatová sláma a prasečí hnůj smíchaný) do vnitřní fermentační nádrže pro přirozené kvašení bez převracení hromady plechovky zvýšit průměrnou denní teplotu skleníku o 4,2 ℃ v zimě a průměrná denní minimální teplota může dosáhnout 4,6 ℃.

Energetické využití biomasou řízené fermentace je fermentační metoda, která využívá nástroje a zařízení k řízení fermentačního procesu za účelem rychlého získání a efektivního využití tepelné energie biomasy a plynného hnojiva CO2, mezi nimiž jsou ventilace a vlhkost klíčovými faktory pro regulaci fermentačního tepla. a produkce plynu z biomasy.Ve větraných podmínkách využívají aerobní mikroorganismy ve fermentační haldě kyslík pro životní aktivity a část vytvořené energie je využita pro vlastní životní aktivity a část energie se uvolňuje do prostředí jako tepelná energie, která je prospěšná teplotě. vzestup prostředí.Voda se účastní celého fermentačního procesu, poskytuje potřebné rozpustné živiny pro mikrobiální aktivity a zároveň uvolňuje teplo haldy ve formě páry přes vodu, aby se snížila teplota haldy, prodloužila se životnost haldy. mikroorganismy a zvyšují objemovou teplotu haldy.Instalace zařízení na louhování slámy do fermentační nádrže může v zimě zvýšit vnitřní teplotu o 3 ~ 5 ℃, posílit fotosyntézu rostlin a zvýšit výnos rajčat o 29,6%.

Geotermální energie

Čína je bohatá na geotermální zdroje.V současnosti je nejběžnějším způsobem využití geotermální energie v zemědělských zařízeních využití zemního tepelného čerpadla, které dokáže převést z málo kvalitní tepelné energie na vysoce kvalitní tepelnou energii vložením malého množství vysoce kvalitní energie (např. elektrická energie).Na rozdíl od tradičních opatření pro vytápění skleníků může vytápění zemním tepelným čerpadlem nejen dosáhnout významného topného efektu, ale má také schopnost ochlazovat skleník a snižovat vlhkost ve skleníku.Aplikační výzkum tepelného čerpadla země-voda v oblasti bytové výstavby je zralý.Stěžejní částí, která ovlivňuje topný a chladicí výkon tepelného čerpadla země-voda, je modul podzemního výměníku tepla, který zahrnuje především podzemní potrubí, podzemní vrty atd. Jak navrhnout podzemní systém výměny tepla s vyváženými náklady a efektem bylo vždy byl výzkumný střed této části.Zároveň změna teploty podzemní vrstvy půdy při aplikaci zemního tepelného čerpadla ovlivňuje i užitný efekt systému tepelného čerpadla.Použití zemního tepelného čerpadla pro chlazení skleníku v létě a ukládání tepelné energie v hluboké půdní vrstvě může zmírnit pokles teploty podzemní vrstvy půdy a zlepšit účinnost výroby tepla zemního tepelného čerpadla v zimě.

V současné době je při výzkumu výkonu a účinnosti zemního tepelného čerpadla na základě aktuálních experimentálních dat sestaven numerický model pomocí softwaru jako TOUGH2 a TRNSYS a dochází se k závěru, že topný výkon a koeficient výkonu (COP ) zemního tepelného čerpadla může dosáhnout 3,0 ~ 4,5, což má dobrý chladicí a topný účinek.Při výzkumu provozní strategie systému tepelného čerpadla Fu Yunzhun a další zjistili, že ve srovnání s prouděním na straně zátěže má proudění na straně zdroje ze země větší dopad na výkon jednotky a výkon přenosu tepla uloženého potrubí. .Za podmínek nastavení průtoku může maximální hodnota COP jednotky dosáhnout 4,17 při přijetí provozního schématu provozu na 2 hodiny a zastavení na 2 hodiny;Shi Huixian et.přijal přerušovaný provozní režim chladicího systému pro skladování vody.V létě, kdy je teplota vysoká, může COP celého systému zásobování energií dosáhnout 3,80.

Technologie hlubokého skladování tepla půdy ve skleníku

Hluboké skladování tepla v půdě ve skleníku se také nazývá „banka pro akumulaci tepla“ ve skleníku.Poškození chladem v zimě a vysoké teploty v létě jsou hlavními překážkami produkce skleníků.Na základě silné tepelné akumulační kapacity hlubinné půdy výzkumná skupina navrhla skleníkové podzemní hlubinné tepelné akumulační zařízení.Zařízení je dvouvrstvé paralelní teplosměnné potrubí uložené v hloubce 1,5–2,5 m pod zemí ve skleníku, s přívodem vzduchu v horní části skleníku a výstupem vzduchu na zemi.Když je teplota ve skleníku vysoká, vnitřní vzduch je nuceně čerpán do země ventilátorem, aby se dosáhlo akumulace tepla a snížení teploty.Když je teplota skleníku nízká, z půdy se odebírá teplo, aby se skleník zahřál.Výsledky výroby a aplikace ukazují, že zařízení může zvýšit teplotu skleníku o 2,3 ℃ v zimní noci, snížit vnitřní teplotu o 2,6 ℃ v letním dni a zvýšit výnos rajčat o 1500 kg v 667 m².Zařízení plně využívá vlastnosti „v zimě teplo a v létě chlad“ a „konstantní teplota“ půdy hluboko pod zemí, poskytuje skleníku „banku přístupu k energii“ a průběžně doplňuje pomocné funkce chlazení a vytápění skleníku. .

Víceenergetická koordinace

Použití dvou nebo více typů energie k vytápění skleníku může účinně vyrovnat nevýhody jediného typu energie a hrát roli superpozičního efektu „jedna plus jedna je větší než dva“.Komplementární spolupráce mezi geotermální energií a solární energií je v posledních letech výzkumným ohniskem využití nové energie v zemědělské výrobě.Emmi et.studoval vícezdrojový energetický systém (obrázek 1), který je vybaven fotovoltaicko-tepelným hybridním solárním kolektorem.Ve srovnání s běžným systémem tepelných čerpadel vzduch-voda je energetická účinnost vícezdrojového energetického systému zlepšena o 16%~25%.Zheng et.vyvinula nový typ sdruženého systému akumulace tepla solární energie a tepelného čerpadla země-voda.Systém solárních kolektorů dokáže realizovat kvalitní sezónní akumulaci tepla, tedy kvalitní vytápění v zimě a kvalitní chlazení v létě.Zakopaný trubkový výměník tepla a přerušovaný zásobník tepla mohou v systému dobře fungovat a hodnota COP systému může dosáhnout 6,96.

V kombinaci se solární energií má za cíl snížit spotřebu komerční energie a zvýšit stabilitu solární energie ve skleníku.Wan Ya et.předložit nové schéma inteligentní řídicí technologie, které kombinuje výrobu solární energie s komerční energií pro vytápění skleníků, které může využívat fotovoltaickou energii, když je světlo, a přeměnit ji na komerční energii, když není světlo, což výrazně snižuje nedostatek energie při zátěži rychlost a snížení ekonomických nákladů bez použití baterií.

Sluneční energie, energie z biomasy a elektrická energie mohou společně vytápět skleníky, čímž lze také dosáhnout vysoké účinnosti vytápění.Zhang Liangrui a další kombinovali sběr tepla ze solárních vakuových trubek s údolní nádrží na teplo akumulující teplo.Systém vytápění skleníku má dobrou tepelnou pohodu a průměrná účinnost vytápění systému je 68,70 %.Elektrický zásobník tepla je zásobník topné vody na biomasu s elektrickým ohřevem.Nastaví se nejnižší teplota přívodu vody na ohřívacím konci a provozní strategie systému se určí podle akumulační teploty vody v části solárního sběru tepla a části akumulace tepla z biomasy tak, aby bylo dosaženo stabilní teploty vytápění při vytápění ukončí a v maximální míře šetří elektrickou energii a energetické materiály biomasy.

Inovativní výzkum a aplikace nových skleníkových materiálů

S rozšiřováním plochy skleníků se stále více odhalují aplikační nevýhody tradičních skleníkových materiálů, jako jsou cihly a zemina.Proto, aby se dále zlepšoval tepelný výkon skleníku a vyhovovaly se vývojové potřeby moderního skleníku, existuje mnoho výzkumů a aplikací nových průhledných krycích materiálů, tepelně izolačních materiálů a materiálů stěn.

Výzkum a aplikace nových transparentních krycích materiálů

Mezi typy průhledných krycích materiálů pro skleníky patří především plastová fólie, sklo, solární panel a fotovoltaický panel, mezi nimiž má plastová fólie největší aplikační oblast.Tradiční skleníková PE fólie má vady krátké životnosti, nedegradace a jediné funkce.V současné době byla vyvinuta řada nových funkčních filmů přidáním funkčních činidel nebo povlaků.

Světelná konverzní fólie:Film pro konverzi světla mění optické vlastnosti filmu pomocí činidel pro konverzi světla, jako jsou vzácné zeminy a nano materiály, a může převádět oblast ultrafialového světla na červené oranžové světlo a modrofialové světlo požadované fotosyntézou rostlin, čímž se zvyšuje výnos plodin a snižuje se poškození plodin a skleníkových fólií v plastových sklenících ultrafialovým světlem.Například širokopásmový fialový až červený skleníkový film s činidlem pro konverzi světla VTR-660 může výrazně zlepšit propustnost infračerveného záření při použití ve skleníku a ve srovnání s kontrolním skleníkem výnos rajčat na hektar, obsah vitamínu C a lykopenu. se významně zvýšily o 25,71 %, 11,11 % a 33,04 %.V současné době je však ještě třeba prostudovat životnost, rozložitelnost a cenu nové fólie pro konverzi světla.

Rozptýlené sklo: Rozptýlené sklo ve skleníku je speciální vzor a antireflexní technologie na povrchu skla, která může maximalizovat sluneční světlo do rozptýleného světla a vstoupit do skleníku, zlepšit účinnost fotosyntézy plodin a zvýšit výnos plodin.Rozptýlené sklo promění světlo vstupující do skleníku na rozptýlené světlo prostřednictvím speciálních vzorů a rozptýlené světlo může být rovnoměrněji ozářeno do skleníku, čímž se eliminuje vliv stínu kostry na skleník.Ve srovnání s běžným plaveným sklem a ultrabílým plaveným sklem je standard propustnosti světla rozptylového skla 91,5 % a běžného plaveného skla 88 %.Na každé 1% zvýšení propustnosti světla uvnitř skleníku lze zvýšit výnos asi o 3% a zvýšil se rozpustný cukr a vitamín C v ovoci a zelenině.Rozptylové sklo ve skleníku je nejprve potaženo a poté temperováno a rychlost samovýbuchu je vyšší než národní standard a dosahuje 2‰.

Výzkum a aplikace nových tepelně izolačních materiálů

Mezi tradiční tepelně izolační materiály ve skleníku patří především slaměná rohož, papírová přikrývka, vpichovaná plstěná termoizolační přikrývka atd., které se používají především pro vnitřní a vnější tepelnou izolaci střech, izolaci stěn a tepelnou izolaci některých zařízení pro akumulaci a sběr tepla. .Většina z nich má vadu ztráty tepelně izolačních vlastností vlivem vnitřní vlhkosti po dlouhodobém používání.Proto existuje mnoho aplikací nových vysoce tepelně izolačních materiálů, mezi nimiž jsou výzkumným střediskem nové termoizolační přikrývky, zařízení pro akumulaci tepla a sběr tepla.

Nové tepelně izolační materiály se obvykle vyrábějí zpracováním a spojením povrchových voděodolných materiálů a materiálů odolných proti stárnutí, jako je tkaný film a potažená plsť, s nadýchanými tepelně izolačními materiály, jako je bavlna potažená nástřikem, různé kašmírové a perleťové bavlny.Bavlněná termoizolační přikrývka s nástřikem z tkané fólie byla testována v severovýchodní Číně.Bylo zjištěno, že přidání 500 g nástřikem potažené bavlny odpovídá tepelně izolačnímu výkonu 4500 g černé plstěné termoizolační přikrývky na trhu.Za stejných podmínek se tepelně izolační výkon 700 g stříkané bavlny zlepšil o 1~2 °C ve srovnání s 500 g nástřikem stříkané bavlněné termoizolační přikrývky.Současně další studie také zjistily, že ve srovnání s běžně používanými termoizolačními přikrývkami na trhu je tepelně izolační účinek stříkaných bavlněných a různých kašmírových tepelně izolačních přikrývek lepší, s mírou tepelné izolace 84,0 % a 83,3 %, respektive.Když je nejchladnější venkovní teplota -24,4 ℃, vnitřní teplota může dosáhnout 5,4 a 4,2 ℃.Ve srovnání s izolační přikrývkou z jediné slámové přikrývky má nová kompozitní izolační přikrývka výhody nízké hmotnosti, vysoké izolační schopnosti, silné voděodolnosti a odolnosti proti stárnutí a lze ji použít jako nový typ vysoce účinného izolačního materiálu pro solární skleníky.

Současně se podle výzkumu tepelně izolačních materiálů pro zařízení na sběr a akumulaci skleníkového tepla také zjistilo, že při stejné tloušťce mají vícevrstvé kompozitní tepelně izolační materiály lepší tepelně izolační vlastnosti než jednotlivé materiály.Tým profesora Li Jianminga z Northwest A&F University navrhl a prověřil 22 druhů tepelně izolačních materiálů zařízení pro skladování vody ve skleníku, jako jsou vakuové desky, aerogel a gumová bavlna, a změřil jejich tepelné vlastnosti.Výsledky ukázaly, že 80mm tepelně izolační povlak + aerogel + gumo-plastový tepelně izolační bavlněný kompozitní izolační materiál mohl snížit rozptyl tepla o 0,367 MJ za jednotku času ve srovnání s 80 mm gumo-plastovou bavlnou a jeho koeficient přenosu tepla byl 0,283 W/(m2 ·k) když tloušťka kombinace izolace byla 100 mm.

Materiál s fázovou změnou je jedním z horkých míst ve výzkumu skleníkových materiálů.Northwest A&F University vyvinula dva druhy zařízení pro ukládání materiálu s fázovou změnou: jedním je úložný box vyrobený z černého polyethylenu, který má velikost 50 cm × 30 cm × 14 cm (délka × výška × tloušťka) a je naplněn materiály s fázovou změnou, takže že může ukládat teplo a uvolňovat teplo;Za druhé je vyvinut nový typ nástěnné desky s fázovou změnou.Stěnová deska se změnou fáze se skládá z materiálu pro změnu fáze, hliníkové desky, hliníkově-plastové desky a hliníkové slitiny.Materiál pro změnu fáze je umístěn v nejstřednější poloze nástěnné desky a jeho specifikace je 200 mm × 200 mm × 50 mm.Je to prášková pevná látka před a po změně fáze a nedochází k žádnému jevu tání nebo tečení.Čtyři stěny materiálu pro změnu fáze jsou hliníková deska a hliníková plastová deska.Toto zařízení dokáže realizovat funkce především akumulace tepla během dne a hlavně uvolňování tepla v noci.

Proto při aplikaci jediného tepelně izolačního materiálu existují určité problémy, jako je nízká účinnost tepelné izolace, velké tepelné ztráty, krátká doba akumulace tepla atd. Proto použití kompozitního tepelně izolačního materiálu jako tepelně izolační vrstvy a vnitřní a venkovní tepelné izolace krycí vrstva zařízení pro akumulaci tepla může účinně zlepšit tepelně izolační výkon skleníku, snížit tepelné ztráty skleníku, a tím dosáhnout efektu úspory energie.

Výzkum a aplikace nové zdi

Stěna jako druh ohradní konstrukce představuje důležitou bariéru pro ochranu skleníku před chladem a tepelnou ochranu.Podle materiálů a konstrukcí stěn lze zástavbu severní stěny skleníku rozdělit do tří typů: jednovrstvá stěna ze zeminy, cihel atd., a vrstvená severní stěna z hliněných cihel, tvárnic, cihel, polystyrénové desky atd. s vnitřním akumulací tepla a vnější tepelnou izolací, přičemž většina těchto stěn je časově a pracovně náročná;Proto se v posledních letech objevilo mnoho nových typů stěn, které jsou jednoduché na stavbu a vhodné pro rychlou montáž.

Vznik nových typů montovaných stěn podporuje rychlý vývoj montovaných skleníků, včetně kompozitních stěn nového typu s vnějšími voděodolnými a anti-aging povrchovými materiály a materiály, jako je plsť, perlová bavlna, vesmírná bavlna, skleněná bavlna nebo recyklovaná bavlna jako teplo. izolační vrstvy, jako jsou flexibilní sestavené stěny z stříkané bavlny v Sin-ťiangu.Kromě toho další studie také uvedly severní stěnu smontovaného skleníku s tepelně akumulační vrstvou, jako je maltový blok z pšeničné skořápky vyplněný cihlami v Sin-ťiangu.Ve stejném vnějším prostředí, kdy je nejnižší venkovní teplota -20,8 ℃, je teplota v solárním skleníku s kompozitní stěnou z pšeničné malty 7,5 ℃, zatímco teplota v solárním skleníku s cihlově-betonovou stěnou je 3,2 ℃.Dobu sklizně rajčat v cihlovém skleníku lze posunout o 16 dní a výnos jednoho skleníku lze zvýšit o 18,4 %.

Tým zařízení Northwest A&F University předložil myšlenku designu vyrobit slámu, zeminu, vodu, kámen a materiály s fázovou přeměnou do tepelně izolačních a tepelně akumulačních modulů z úhlu světla a zjednodušeného designu stěn, což podpořilo aplikační výzkum modulárních sestav. stěna.Například ve srovnání s běžným skleníkem s cihlovou stěnou je průměrná teplota ve skleníku o 4,0 ℃ vyšší za typického slunečného dne.Tři druhy cementových modulů s anorganickou fázovou změnou, které jsou vyrobeny z materiálu s fázovou změnou (PCM) a cementu, mají akumulované teplo 74,5, 88,0 a 95,1 MJ/m³a uvolněné teplo 59,8, 67,8 a 84,2 MJ/m³, resp.Mají funkce „vrcholového řezání“ ve dne, „vyplňování údolí“ v noci, absorbují teplo v létě a uvolňují teplo v zimě.

Tyto nové stěny jsou montovány na místě s krátkou dobou výstavby a dlouhou životností, což vytváří podmínky pro stavbu lehkých, zjednodušených a rychle smontovaných prefabrikovaných skleníků a může výrazně podpořit strukturální reformu skleníků.V tomto druhu stěny však existují určité vady, jako je například stříkaná bavlněná tepelně izolační přikrývka má vynikající tepelně izolační výkon, ale postrádá kapacitu akumulace tepla a stavební materiál se změnou fáze má problém s vysokými náklady na použití.V budoucnu by měl být posílen aplikační výzkum montované stěny.

Nová energie, nové materiály a nové designy pomáhají změnit strukturu skleníku.

Výzkum a inovace nové energie a nových materiálů poskytují základ pro inovaci designu skleníku.Energeticky úsporné solární skleníky a obloukové kůlny jsou největší kůlny v čínské zemědělské produkci a hrají důležitou roli v zemědělské výrobě.S rozvojem čínské sociální ekonomiky se však stále více objevují nedostatky těchto dvou druhů struktur zařízení.Za prvé, prostor objektů zařízení je malý a stupeň mechanizace nízký;Za druhé, energeticky úsporný solární skleník má dobrou tepelnou izolaci, ale využití půdy je nízké, což odpovídá nahrazení energie skleníku půdou.Obyčejný obloukový přístřešek má nejen malý prostor, ale také špatnou tepelnou izolaci.Přestože má víceramenný skleník velký prostor, má špatnou tepelnou izolaci a vysokou spotřebu energie.Proto je bezpodmínečně nutné zkoumat a vyvíjet skleníkovou strukturu vhodnou pro současnou společenskou a ekonomickou úroveň Číny a výzkum a vývoj nové energie a nových materiálů napomůže změně skleníkové struktury a produkci různých inovativních modelů nebo struktur skleníků.

Inovativní výzkum velkorozsahového asymetrického pivovarského skleníku řízeného vodou

Velkorozponový asymetrický vodou řízený varný skleník (číslo patentu: ZL 201220391214.2) je založen na principu slunečního skleníku, který mění symetrickou strukturu běžného plastového skleníku, zvětšuje jižní rozpětí, zvětšuje plochu osvětlení jižní střechy, snižuje severní rozpětí a snížení oblasti rozptylu tepla, s rozpětím 18~24m a výškou hřebene 6~7m.Díky inovaci designu se výrazně zvýšila prostorová struktura.Problémy nedostatku tepla ve skleníku v zimě a špatné tepelné izolace běžných tepelně izolačních materiálů jsou zároveň řešeny využitím nové technologie vaření tepla z biomasy a tepelně izolačních materiálů.Výsledky výroby a výzkumu ukazují, že velkorozsahový asymetrický vodou řízený varný skleník s průměrnou teplotou 11,7 ℃ za slunečných dnů a 10,8 ℃ za zamračených dnů může uspokojit poptávku po růstu plodin v zimě a stavební náklady. skleník se sníží o 39,6 % a míra využití půdy se zvýší o více než 30 % ve srovnání se skleníkem z polystyrenových cihel, který je vhodný pro další popularizaci a aplikaci v povodí řeky Yellow Huaihe v Číně.

Sestavený sluneční skleník

Montovaný sluneční skleník využívá sloupy a střešní skelet jako nosnou konstrukci a materiálem jeho stěny je především tepelně izolační pouzdro, namísto nosného a pasivního uchovávání a uvolňování tepla.Především: (1) nový typ montované stěny vzniká kombinací různých materiálů, jako je potažená fólie nebo barevný ocelový plech, slaměný blok, flexibilní tepelně izolační přikrývka, maltový blok atd. (2) kompozitní stěnová deska z prefabrikované cementové desky -polystyrenová deska-cementová deska;(3) Lehký a jednoduchý montážní typ tepelně izolačních materiálů s aktivním systémem akumulace a uvolňování tepla a systémem odvlhčování, jako je plastový čtvercový zásobník tepla a akumulace tepla potrubí.Použití různých nových tepelně izolačních materiálů a materiálů pro akumulaci tepla místo tradičních zemních stěn pro stavbu solárního skleníku má velký prostor a malé stavební inženýrství.Experimentální výsledky ukazují, že teplota skleníku v noci v zimě je o 4,5 ℃ vyšší než u tradičního skleníku s cihlovou stěnou a tloušťka zadní stěny je 166 mm.Ve srovnání se skleníkem s cihlovou zdí o tloušťce 600 mm je obsazená plocha stěny snížena o 72 % a cena za metr čtvereční je 334,5 juanů, což je o 157,2 juanů nižší než u skleníku s cihlovou zdí, a náklady na výstavbu výrazně klesla.Montovaný skleník má proto výhody méně obdělávané destrukce půdy, úsporu půdy, rychlou rychlost výstavby a dlouhou životnost a je klíčovým směrem pro inovace a vývoj solárních skleníků v současnosti i budoucnosti.

Posuvný sluneční skleník

Energeticky úsporný solární skleník sestavený na skateboardu vyvinutý zemědělskou univerzitou v Shenyangu využívá zadní stěnu solárního skleníku k vytvoření systému akumulace tepla na stěně s cirkulací vody k ukládání tepla a zvyšování teploty, který se skládá hlavně z bazénu (32 m³), lehká sběrná deska (360m²), vodní čerpadlo, vodovodní potrubí a ovladač.Pružná termoizolační přikrývka je v horní části nahrazena novým lehkým ocelovým plátem zbarveným z minerální vlny.Výzkum ukazuje, že tento design efektivně řeší problém štítů blokujících světlo a zvětšuje plochu pro vstup světla do skleníku.Úhel osvětlení skleníku je 41,5°, což je téměř o 16° více než u kontrolního skleníku, což zlepšuje intenzitu osvětlení.Rozložení vnitřní teploty je rovnoměrné a rostliny rostou úhledně.Výhodou skleníku je zlepšení efektivity využívání půdy, flexibilní navrhování velikosti skleníku a zkrácení doby výstavby, což má velký význam pro ochranu kulturních zdrojů půdy a životního prostředí.

Fotovoltaický skleník

Zemědělský skleník je skleník, který integruje solární fotovoltaickou výrobu energie, inteligentní řízení teploty a moderní high-tech výsadbu.Má ocelový kostěný rám a je pokrytý solárními fotovoltaickými moduly, aby byly zajištěny požadavky na osvětlení fotovoltaických modulů pro výrobu energie a požadavky na osvětlení celého skleníku.Stejnosměrný proud generovaný sluneční energií přímo doplňuje světlo zemědělských skleníků, přímo podporuje normální provoz skleníkových zařízení, pohání zavlažování vodních zdrojů, zvyšuje teplotu skleníku a podporuje rychlý růst plodin.Fotovoltaické moduly tímto způsobem ovlivní účinnost osvětlení střechy skleníku a následně ovlivní normální růst skleníkové zeleniny.Klíčovým bodem aplikace se proto stává racionální rozmístění fotovoltaických panelů na střeše skleníku.Zemědělský skleník je produktem organické kombinace vyhlídkového zemědělství a zahradničení a jedná se o inovativní zemědělský průmysl integrující fotovoltaickou energii, zemědělskou prohlídku, zemědělské plodiny, zemědělskou technologii, rozvoj krajiny a kultury.

Inovativní design skleníkové skupiny s energetickou interakcí mezi různými typy skleníků

Guo Wenzhong, výzkumník z Pekingské akademie zemědělských a lesnických věd, používá tepelnou metodu přenosu energie mezi skleníky ke shromažďování zbývající tepelné energie v jednom nebo více sklenících k vytápění dalšího nebo více skleníků.Tento způsob vytápění realizuje přenos skleníkové energie v čase a prostoru, zlepšuje efektivitu využití energie zbývající skleníkové tepelné energie a snižuje celkovou spotřebu energie na vytápění.Tyto dva typy skleníků mohou být různé typy skleníků nebo stejný typ skleníku pro pěstování různých plodin, jako jsou skleníky se salátem a rajčaty.Metody sběru tepla zahrnují především odebírání tepla z vnitřního vzduchu a přímé zachycování dopadajícího záření.Prostřednictvím sběru solární energie, nucené konvekce výměníkem tepla a nuceného odběru tepelným čerpadlem bylo přebytečné teplo ve vysokoenergetickém skleníku odebíráno pro vytápění skleníku.

shrnout

Tyto nové solární skleníky mají výhody rychlé montáže, zkrácení doby výstavby a lepšího využití půdy.Proto je nutné dále zkoumat výkonnost těchto nových skleníků v různých oblastech a poskytnout možnost rozsáhlé popularizace a aplikace nových skleníků.Zároveň je nutné neustále posilovat aplikaci nové energie a nových materiálů ve sklenících, aby byla zajištěna síla pro strukturální reformu skleníků.

Vyhlídky do budoucna a myšlení

Tradiční skleníky mají často některé nevýhody, jako je vysoká spotřeba energie, nízká míra využití půdy, časová a pracná náročnost, špatný výkon atd., které již nedokážou uspokojit výrobní potřeby moderního zemědělství a musí se postupně zmenšovat. vyloučeno.Proto je vývojovým trendem využívat nové zdroje energie, jako je solární energie, energie biomasy, geotermální energie a větrná energie, nové materiály pro použití ve skleníku a nové návrhy na podporu strukturální změny skleníku.Za prvé, nový skleník poháněný novou energií a novými materiály by měl nejen splňovat potřeby mechanizovaného provozu, ale také šetřit energii, půdu a náklady.Za druhé, je nutné neustále zkoumat výkonnost nových skleníků v různých oblastech, aby byly vytvořeny podmínky pro rozsáhlou popularizaci skleníků.V budoucnu bychom měli dále hledat novou energii a nové materiály vhodné pro skleníkové aplikace a nalézt nejlepší kombinaci nové energie, nových materiálů a skleníku, abychom umožnili postavit nový skleník s nízkou cenou a krátkou konstrukcí. období, nízká spotřeba energie a vynikající výkon, pomáhají změnit strukturu skleníků a podporují rozvoj modernizace skleníků v Číně.

Ačkoli je používání nové energie, nových materiálů a nových designů při stavbě skleníků nevyhnutelným trendem, stále existuje mnoho problémů, které je třeba studovat a překonat: (1) Náklady na výstavbu se zvyšují.Ve srovnání s tradičním vytápěním uhlím, zemním plynem nebo ropou je aplikace nové energie a nových materiálů šetrná k životnímu prostředí a bez znečištění, ale výrazně se zvyšují náklady na výstavbu, což má určitý vliv na investiční návratnost výroby a provozu. .V porovnání s energetickou spotřebou se výrazně zvýší náklady na nové materiály.(2) Nestabilní využití tepelné energie.Největší výhodou využití nové energie jsou nízké provozní náklady a nízké emise oxidu uhličitého, ale dodávka energie a tepla je nestabilní a zatažené dny se stávají největším limitujícím faktorem ve využití solární energie.V procesu výroby tepla z biomasy fermentací je efektivní využití této energie limitováno problémy s nízkou fermentační tepelnou energií, obtížným řízením a kontrolou a velkým skladovacím prostorem pro přepravu surovin.(3) Technologická vyspělost.Tyto technologie využívané novou energií a novými materiály jsou pokrokovým výzkumem a technologickými úspěchy a jejich aplikační oblast a rozsah jsou stále dosti omezené.Mnohokrát neprošly, mnoho stránek a rozsáhlé praktické ověřování a nevyhnutelně existují určité nedostatky a technické obsahy, které je třeba v aplikaci zlepšit.Uživatelé často popírají technologický pokrok kvůli drobným nedostatkům.(4) Míra rozšíření technologie je nízká.Široké uplatnění vědeckého a technologického úspěchu vyžaduje určitou popularitu.V současné době jsou nová energie, nové technologie a nové technologie skleníkového designu v týmu vědeckých výzkumných center na univerzitách s určitou inovační schopností a většina technických poptávajících nebo designérů stále neví;Zároveň je popularizace a aplikace nových technologií stále dost omezená, protože základní vybavení nových technologií je patentováno.(5) Je třeba dále posílit integraci nové energie, nových materiálů a konstrukci skleníkových konstrukcí.Vzhledem k tomu, že design energie, materiálů a skleníkových konstrukcí patří do tří různých oborů, talentům se zkušenostmi s návrhem skleníků často chybí výzkum energie a materiálů souvisejících se skleníky a naopak;Proto výzkumníci související s výzkumem energie a materiálů potřebují posílit zkoumání a pochopení skutečných potřeb rozvoje skleníkového průmyslu a konstrukční návrháři by také měli studovat nové materiály a novou energii, aby podpořili hlubokou integraci těchto tří vztahů, aby bylo dosaženo cílem praktické technologie skleníkového výzkumu, nízkých stavebních nákladů a dobrého efektu využití.Na základě výše uvedených problémů se navrhuje, aby stát, samosprávy a vědecko-výzkumná centra zintenzivnily technický výzkum, prováděly společný výzkum do hloubky, posílily publicitu vědeckotechnických úspěchů, zlepšily popularizaci úspěchů a rychle realizovaly cílem nové energie a nových materiálů na pomoc novému rozvoji skleníkového průmyslu.

Citované informace

Li Ťien-ming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nová energie, nové materiály a nový design pomáhají nové revoluci skleníků [J].Zelenina, 2022, (10): 1-8.