Technologie zemědělského inženýrství ve sklenících, zveřejněno v Pekingu 2. 12. 2022 17:30

Vývoj solárních skleníků v neobdělávaných oblastech, jako je poušť, Gobi a písčitá půda, účinně vyřešil rozpor mezi potravinami a zeleninou, které si konkurují o půdu. Je to jeden z rozhodujících faktorů prostředí pro růst a vývoj teplotních plodin, který často určuje úspěch či neúspěch produkce skleníkových plodin. Proto musíme pro vývoj solárních skleníků v neobdělávaných oblastech nejprve vyřešit problém teploty prostředí ve sklenících. V tomto článku jsou shrnuty metody regulace teploty používané v neobdělávaných sklenících v posledních letech a jsou analyzovány a shrnuty stávající problémy a směr vývoje teplotních a environmentálních opatření v solárních sklenících na neobdělávané půdě.

Čína má velkou populaci a méně dostupných půdních zdrojů. Více než 85 % půdních zdrojů tvoří neobdělávané půdní zdroje, které jsou soustředěny především na severozápadě Číny. Dokument ústředního výboru č. 1 z roku 2022 poukázal na to, že by se měl urychlit rozvoj zemědělského hospodaření a na základě ochrany ekologického prostředí by se měla prozkoumat využitelná neobdělávaná a pustinová území za účelem rozvoje zemědělského hospodaření. Severozápadní Čína je bohatá na pouštní, pustinové a jiné neobdělávané půdní zdroje a přirozené světelné a tepelné zdroje, které jsou vhodné pro rozvoj zemědělského hospodaření. Rozvoj a využití neobdělávaných půdních zdrojů k rozvoji neobdělávaných skleníků má proto velký strategický význam pro zajištění národní potravinové bezpečnosti a zmírnění konfliktů ve využívání půdy.

V současné době jsou neobdělávané solární skleníky hlavní formou vysoce efektivního zemědělského rozvoje na neobdělávané půdě. V severozápadní Číně je teplotní rozdíl mezi dnem a nocí velký a noční teplota v zimě je nízká, což často vede k jevu, že minimální vnitřní teplota je nižší než teplota potřebná pro normální růst a vývoj plodin. Teplota je jedním z nepostradatelných faktorů prostředí pro růst a vývoj plodin. Příliš nízká teplota zpomaluje fyziologické a biochemické reakce plodin a zpomaluje jejich růst a vývoj. Pokud je teplota nižší než limit, který plodiny snesou, vede to dokonce k poškození mrazem. Proto je obzvláště důležité zajistit teplotu potřebnou pro normální růst a vývoj plodin. Udržení správné teploty v solárním skleníku není jednorázové opatření. Musí být zaručeno z hlediska návrhu skleníku, konstrukce, výběru materiálu, regulace a každodenní správy. Tento článek proto shrne stav výzkumu a pokrok v oblasti regulace teploty v nekultivovaných sklenících v Číně v posledních letech z hlediska návrhu a konstrukce skleníků, opatření k uchování a oteplování tepla a environmentálního managementu, aby poskytl systematický přehled o racionálním návrhu a řízení nekultivovaných skleníků.

Konstrukce a materiály skleníku

Tepelné prostředí skleníku závisí především na přenosu, zachycování a akumulaci slunečního záření ve skleníku, což souvisí s vhodnou konstrukcí orientace skleníku, tvarem a materiálem světlopropustné plochy, konstrukcí a materiálem stěny a zadní střechy, izolací základů, velikostí skleníku, režimem noční izolace a materiálem přední střechy atd., a také s tím, zda konstrukce a proces výstavby skleníku zajistí efektivní realizaci konstrukčních požadavků.

Světelná propustnost přední střechy

Hlavní energie ve skleníku pochází ze slunce. Zvýšení propustnosti světla přední střechou je prospěšné pro skleník, protože umožňuje získat více tepla, a je také důležitým základem pro zajištění teplotního prostředí ve skleníku v zimě. V současné době existují tři hlavní metody, jak zvýšit propustnost světla a dobu příjmu světla přední střechou skleníku.

01 návrh rozumné orientace a azimutu skleníku

Orientace skleníku ovlivňuje světelný výkon skleníku a jeho kapacitu akumulace tepla. Aby se ve skleníku dosáhlo většího množství tepla, orientace neobdělávaných skleníků v severozápadní Číně je na jih. Pro specifický azimut skleníku je při volbě orientace z jihu na východ výhodné „chytit slunce“, aby se vnitní teplota ráno rychle zvýšila. Při volbě orientace z jihu na západ je pro skleník výhodné využívat odpolední světlo. Směr na jih je kompromisem mezi výše uvedenými dvěma situacemi. Podle geofyzikálních znalostí se Země za den otočí o 360° a azimut Slunce se posune přibližně o 1° každé 4 minuty. Proto pokaždé, když se azimut skleníku liší o 1°, liší se doba přímého slunečního záření přibližně o 4 minuty, tj. azimut skleníku ovlivňuje dobu, kdy skleník ráno a večer vidí světlo.

Pokud je počet hodin ranního a odpoledního světla stejný a východ nebo západ jsou ve stejném úhlu, bude mít skleník stejný počet hodin světla. V oblasti severně od 37° severní šířky je však ráno nízká teplota a odkrývání přikrývky je pozdní, zatímco odpoledne a večer je teplota relativně vysoká, takže je vhodné odložit dobu zavírání tepelně izolační přikrývky. Proto by se v těchto oblastech měla zvolit orientace od jihu na západ a plně využít odpolední světlo. V oblastech s šířkou 30°~35° severní šířky lze díky lepším světelným podmínkám ráno také posunout dobu uchování tepla a odkrývání přikrývky. Proto by se v těchto oblastech měla zvolit orientace od jihu na východ, aby se skleník dostal do ranního slunečního záření. V oblasti 35°~37° severní šířky je však rozdíl ve slunečním záření mezi ránem a odpoledním slunečním zářením malý, proto je lepší zvolit směr přímo na jih. Ať už se jedná o jihovýchodní nebo jihozápadní směr, úhel odchylky je obvykle 5° ~ 8° a maximum by nemělo překročit 10°. Severozápadní Čína leží v rozmezí 37°~50° severní šířky, takže azimutální úhel skleníku je obvykle od jihu k západu. Vzhledem k tomu byl skleník navržený Zhang Jingshe atd. v oblasti Taiyuan orientován 5° západně od jihu, skleník postavený Chang Meimei atd. v oblasti Gobi v koridoru Hexi přijal orientaci 5° až 10° západně od jihu a skleník postavený Ma Zhigui atd. v severním Sin-ťiangu přijal orientaci 8° západně od jihu.

02 Navrhněte rozumný tvar a úhel sklonu přední střechy

Tvar a sklon přední střechy určují úhel dopadu slunečních paprsků. Čím menší je úhel dopadu, tím větší je propustnost světla. Sun Juren se domnívá, že tvar přední střechy je určen především poměrem délky hlavní osvětlovací plochy a zadního sklonu. Dlouhý přední sklon a krátký zadní sklon jsou prospěšné pro osvětlení a uchování tepla přední střechy. Chen Wei-Qian a další se domnívají, že hlavní osvětlovací střecha solárních skleníků používaných v oblasti Gobi má kruhový oblouk o poloměru 4,5 m, který dokáže účinně odolávat chladu. Zhang Jingshe a další se domnívají, že v alpských a vysokohorských oblastech je vhodnější použít na přední střeše skleníku půlkruhový oblouk. Pokud jde o úhel sklonu přední střechy, podle charakteristik propustnosti světla plastovou fólií je při úhlu dopadu 0 ~ 40° odrazivost přední střechy vůči slunečnímu záření malá a při překročení 40° se odrazivost výrazně zvyšuje. Proto se pro výpočet úhlu sklonu přední střechy jako maximální úhel dopadu bere 40°, aby i během zimního slunovratu mohlo sluneční záření vstoupit do skleníku v maximální míře. He Bin a další proto při navrhování solárního skleníku vhodného pro neobdělávané oblasti ve Wuhai ve Vnitřním Mongolsku vypočítali úhel sklonu přední střechy s úhlem dopadu 40° a domnívali se, že pokud je větší než 30°, může splňovat požadavky na osvětlení skleníku a uchování tepla. Zhang Caihong a další se domnívají, že při stavbě skleníků v neobdělávaných oblastech Sin-ťiangu je úhel sklonu přední střechy skleníků v jižním Sin-ťiangu 31°, zatímco v severním Sin-ťiangu je to 32°~33,5°.

03 Zvolte vhodné průhledné krycí materiály.

Kromě vlivu venkovního slunečního záření jsou důležitými faktory ovlivňujícími světelné a tepelné prostředí skleníku také materiál a charakteristiky propustnosti světla u skleníkové fólie. V současné době se propustnost světla u plastových fólií, jako jsou PE, PVC, EVA a PO, liší v důsledku různých materiálů a tlouštěk fólie. Obecně lze zaručit, že propustnost světla fólií používaných po dobu 1–3 let bude celkově nad 88 %, což by mělo být vybráno podle požadavků plodin na světlo a teplotu. Kromě propustnosti světla ve skleníku je faktorem, kterému lidé věnují stále větší pozornost, také rozložení světelného prostředí ve skleníku. Proto se v posledních letech v průmyslu těší velké oblibě krycí materiály s propustností světla a vylepšeným rozptylem světla, zejména v oblastech se silným slunečním zářením v severozápadní Číně. Použití fólie se vylepšeným rozptylem světla snížilo stínící efekt na horní a dolní část porostu plodiny, zvýšilo světlo ve střední a dolní části porostu plodiny, zlepšilo fotosyntetické vlastnosti celé plodiny a prokázalo dobrý vliv na podporu růstu a zvýšení produkce.

Rozumný návrh velikosti skleníku

Délka skleníku je příliš dlouhá nebo příliš krátká, což ovlivňuje regulaci vnitřní teploty. Pokud je délka skleníku příliš krátká, před východem a západem slunce je plocha zastíněná východním a západním štítem velká, což nevede k ohřevu skleníku a kvůli malému objemu ovlivňuje absorpci a uvolňování tepla vnitřní půdou a stěnami. Pokud je délka příliš velká, je obtížné regulovat vnitřní teplotu a ovlivňuje to pevnost konstrukce skleníku a konfiguraci mechanismu navíjení tepelně izolační prošívané deky. Výška a rozpětí skleníku přímo ovlivňují denní osvětlení přední střechy, velikost prostoru skleníku a poměr izolace. Pokud jsou rozpětí a délka skleníku fixní, může zvýšení výšky skleníku zvětšit úhel osvětlení přední střechy z hlediska světelného prostředí, což přispívá k propustnosti světla. Z hlediska tepelného prostředí se zvětšuje výška stěny a zvětšuje se plocha akumulace tepla zadní stěny, což je příznivé pro akumulaci a uvolňování tepla zadní stěnou. Navíc je prostor velký, tepelná kapacita je také vysoká a tepelné prostředí skleníku je stabilnější. Zvýšení výšky skleníku samozřejmě zvýší náklady na skleník, což vyžaduje komplexní zvážení. Proto bychom při navrhování skleníku měli zvolit rozumnou délku, rozpětí a výšku podle místních podmínek. Například Zhang Caihong a další se domnívají, že v severním Sin-ťiangu je délka skleníku 50~80 m, rozpětí 7 m a výška skleníku 3,9 m, zatímco v jižním Sin-ťiangu je délka skleníku 50~80 m, rozpětí 8 m a výška skleníku 3,6~4,0 m. Také se má za to, že rozpětí skleníku by nemělo být menší než 7 m, a když je rozpětí 8 m, je tepelný efekt nejlepší. Chen Weiqian a další se navíc domnívají, že délka, rozpětí a výška solárního skleníku by měly být 80 m, 8~10 m a 3,8~4,2 m, pokud bude postaven v oblasti Gobi v Jiuquanu v provincii Gansu.

Zlepšení tepelné akumulace a izolační schopnosti stěny

Během dne stěna akumuluje teplo absorbováním slunečního záření a tepla z části vnitřního vzduchu. V noci, když je vnitřní teplota nižší než teplota stěny, stěna pasivně uvolňuje teplo k vytápění skleníku. Jako hlavní akumulační těleso skleníku může stěna výrazně zlepšit vnitřní noční teplotní prostředí zlepšením své kapacity akumulace tepla. Zároveň je tepelně izolační funkce stěny základem pro stabilitu tepelného prostředí skleníku. V současné době existuje několik metod, jak zlepšit akumulaci tepla a izolační kapacitu stěn.

01 návrh rozumné konstrukce stěny

Funkce stěny zahrnuje především akumulaci a uchování tepla a zároveň většina stěn skleníku slouží také jako nosné prvky pro podepření střešního krovu. Z hlediska dosažení dobrého tepelného prostředí by měla mít rozumná konstrukce stěny dostatečnou kapacitu pro akumulaci tepla na vnitřní straně a dostatečnou kapacitu pro uchování tepla na vnější straně, a zároveň by se měly omezit zbytečné tepelné mosty. V rámci výzkumu akumulace tepla a izolace stěn navrhli Bao Encai a další pasivní stěnu s akumulací tepla ze ztuhlého písku v pouštní oblasti Wuhai ve Vnitřním Mongolsku. Jako izolační vrstva na vnější straně byly použity porézní cihly a jako vrstva pro akumulaci tepla na vnitřní straně byl použit ztuhlý písek. Zkouška ukázala, že vnitřní teplota může za slunečných dnů dosáhnout 13,7 °C. Ma Yuehong a další navrhli kompozitní stěnu z maltových tvárnic z pšeničných skořápek v severním Sin-ťiangu, ve které je do maltových tvárnic naplněno pálené vápno jako vrstva pro akumulaci tepla a venku jsou jako izolační vrstva naskládány pytle se struskou. Dutá tvárnice navržená společností Zhao Peng a dalšími v oblasti Gobi v provincii Kan-su používá jako vnější izolační vrstvu 100 mm silnou benzenovou desku a uvnitř písek a duté tvárnice jako vrstvu akumulující teplo. Zkouška ukazuje, že průměrná zimní teplota je v noci nad 10 °C a společnost Chai Regeneration a další také používají písek a štěrk jako izolační vrstvu a vrstvu akumulující teplo stěny. Pokud jde o snížení tepelných mostů, společnost Yan Junyue a další navrhli lehkou a zjednodušenou montovanou zadní stěnu, která nejen zlepšila tepelný odpor stěny, ale také zlepšila těsnicí vlastnosti stěny nalepením polystyrenové desky na vnější stranu zadní stěny; společnost Wu Letian a další umístili nad základy skleníkové stěny železobetonový prstencový nosník a těsně nad prstencovým nosníkem použili lichoběžníkové cihlové ražení k podepření zadní střechy, což vyřešilo problém s trhlinami a poklesy základů ve sklenících v Hotianu v Sin-ťiangu, které snadno ovlivňují tepelnou izolaci skleníků.

02 Vyberte vhodné materiály pro akumulaci tepla a izolaci.

Účinek akumulace tepla a izolace stěny závisí v první řadě na výběru materiálů. V severozápadní poušti, Gobi, písčité zemi a dalších oblastech, vědci v závislosti na podmínkách lokality použili místní materiály a odvážně se pokusili navrhnout mnoho různých druhů zadních stěn solárních skleníků. Například když Zhang Guosen a další stavěli skleníky v písečných a štěrkových polích v Kan-su, používal písek a štěrk jako akumulační a izolační vrstvy stěn. V souladu s charakteristikami Gobi a pouště v severozápadní Číně navrhl Zhao Peng jakousi dutou tvárnicovou stěnu s pískovcem a dutými tvárnicemi jako materiály. Test ukázal, že průměrná vnitřní noční teplota je nad 10 °C. Vzhledem k nedostatku stavebních materiálů, jako jsou cihly a hlína, v oblasti Gobi v severozápadní Číně zjistili Zhou Changji a další při zkoumání solárních skleníků v oblasti Gobi v Kizilsu Kyrgyzstánu v Sin-ťiangu, že místní skleníky obvykle používají jako stěnový materiál oblázky. Vzhledem k tepelným vlastnostem a mechanické pevnosti oblázků má skleník postavený z oblázků dobré vlastnosti, pokud jde o uchování tepla, akumulaci tepla a nosnost. Podobně Zhang Yong a další používají oblázky jako hlavní materiál stěny a navrhli nezávislou zadní stěnu z oblázků pro akumulaci tepla v provincii Shanxi a na dalších místech. Test ukazuje, že efekt akumulace tepla je dobrý. Zhang a další navrhli druh pískovcové stěny podle charakteristik severozápadní oblasti Gobi, která dokáže zvýšit vnitřní teplotu o 2,5 °C. Ma Yuehong a další dále testovali kapacitu akumulace tepla u pískové stěny plněné bloky, stěny z bloků a cihlové stěny v provincii Hotian v provincii Sin-ťiang. Výsledky ukázaly, že písková stěna plněná bloky měla největší kapacitu akumulace tepla. Kromě toho, aby se zlepšila tepelná akumulace stěny, vědci aktivně vyvíjejí nové materiály a technologie pro akumulaci tepla. Například Bao Encai navrhl materiál s fázově měnícím se vytvrzovacím činidlem, které lze použít ke zlepšení kapacity akumulace tepla zadní stěny solárního skleníku v severozápadních neobdělávaných oblastech. V rámci průzkumu místních materiálů se jako materiály stěn používají také kupky sena, struska, benzenová deska a sláma, ale tyto materiály obvykle slouží pouze k uchovávání tepla a nemají žádnou kapacitu akumulace tepla. Obecně řečeno, stěny vyplněné štěrkem a tvárnicemi mají dobrou tepelnou a izolační schopnost.

03 Vhodně zvětšete tloušťku stěny

Tepelný odpor je obvykle důležitým ukazatelem pro měření tepelně izolačních vlastností stěny a faktorem, který ovlivňuje tepelný odpor, je kromě tepelné vodivosti materiálu i tloušťka vrstvy materiálu. Proto na základě výběru vhodných tepelně izolačních materiálů může vhodné zvětšení tloušťky stěny zvýšit celkový tepelný odpor stěny a snížit tepelné ztráty stěnou, čímž se zvýší tepelná izolace a tepelná kapacita stěny a celého skleníku. Například v Kan-su a dalších oblastech je průměrná tloušťka stěny z pytlů s pískem ve městě Zhangye 2,6 m, zatímco u stěny z maltového zdiva ve městě Jiuquan je to 3,7 m. Čím silnější stěna, tím větší je její tepelná izolace a tepelná kapacita. Příliš silné stěny však zvýší záběr pozemku a náklady na výstavbu skleníku. Proto bychom z hlediska zlepšení tepelně izolační kapacity měli upřednostnit výběr vysoce tepelně izolačních materiálů s nízkou tepelnou vodivostí, jako je polystyren, polyuretan a další materiály, a poté tloušťku odpovídajícím způsobem zvýšit.

Rozumný design zadní střechy

Při návrhu zadní střechy je hlavním hlediskem nezpůsobit vliv zastínění a zlepšit tepelně izolační kapacitu. Aby se snížil vliv zastínění na zadní střechu, nastavení jejího úhlu sklonu vychází především ze skutečnosti, že zadní střecha může být během dne, kdy se plodiny sázejí a pěstují, vystavena přímému slunečnímu záření. Proto se úhel sklonu zadní střechy obecně volí tak, aby byl lepší než místní úhel slunečního svitu zimního slunovratu 7°~8°. Například Zhang Caihong a další se domnívají, že při stavbě solárních skleníků v oblasti Gobi a solných alkalických oblastí v Sin-ťiangu je projektovaná délka zadní střechy 1,6 m, takže úhel sklonu zadní střechy je 40° v jižním Sin-ťiangu a 45° v severním Sin-ťiangu. Chen Wei-Qian a další se domnívají, že zadní střecha solárního skleníku v oblasti Jiuquan v oblasti Gobi by měla být skloněna o 40°. U tepelné izolace zadní střechy by měla být tepelně izolační kapacita zajištěna především výběrem tepelně izolačních materiálů, potřebným návrhem tloušťky a přiměřeným přeplátováním tepelně izolačních materiálů během výstavby.

Snižte tepelné ztráty půdy

Během zimní noci, protože teplota vnitřní půdy je vyšší než teplota venkovní půdy, se teplo z vnitřní půdy přenáší do venkovního prostředí vedením tepla, což způsobuje ztráty tepla ve skleníku. Existuje několik způsobů, jak snížit ztráty tepla z půdy.

01 izolace půdy

Země se správně propadá, čímž se vyhýbá vrstvě zmrzlé půdy a půda se využívá k uchování tepla. Například solární skleník „1448 ze tří materiálů a jednoho tělesa“, vyvinutý společností Chai Regeneration a dalšími neobdělávanými pozemky v koridoru Hexi, byl postaven kopáním o hloubku 1 m, čímž se efektivně vyhýbá vrstvě zmrzlé půdy. Vzhledem k tomu, že hloubka zmrzlé půdy v oblasti Turpan je 0,8 m, Wang Huamin a další navrhli kopání o hloubku 0,8 m pro zlepšení tepelně izolační schopnosti skleníku. Když Zhang Guosen a další postavili zadní stěnu dvojitého obloukového dvojitého fóliového kopaného solárního skleníku na neobdělávané půdě, hloubka kopání byla 1 m. Experiment ukázal, že nejnižší teplota v noci se ve srovnání s tradičním solárním skleníkem druhé generace zvýšila o 2~3 ℃.

02 ochrana základů proti chladu

Hlavní metodou je vykopat izolační příkop podél základové části přední střechy, naplnit tepelně izolačními materiály nebo souvisle zahrabat tepelně izolační materiály pod zem podél základové stěny, což vše má za cíl snížit tepelné ztráty způsobené přenosem tepla půdou v okrajové části skleníku. Použité tepelně izolační materiály, jako je seno, struska, minerální vlna, polystyrenové desky, kukuřičná sláma, koňský hnůj, spadané listí, polámaná tráva, piliny, plevel, sláma atd., vycházejí převážně z místních podmínek v severozápadní Číně a lze je získat místně.

03 mulčovací fólie

Zakrytím plastovou fólií může sluneční světlo během dne dosáhnout půdy skrz ni, půda absorbuje sluneční teplo a zahřívá se. Plastová fólie navíc může blokovat dlouhovlnné záření odražené půdou, čímž snižuje ztráty záření z půdy a zvyšuje akumulaci tepla v půdě. V noci může plastová fólie bránit konvekční výměně tepla mezi půdou a vnitřním vzduchem, a tím snižuje tepelné ztráty půdy. Zároveň může plastová fólie také snížit ztráty latentního tepla způsobené odpařováním vody z půdy. Wei Wenxiang zakryl skleník plastovou fólií na náhorní plošině Čching-chaj a experiment ukázal, že teplota půdy se mohla zvýšit přibližně o 1 °C.

Zlepšení tepelné izolace přední střechy

Přední střecha skleníku je hlavní plochou pro odvod tepla a ztráty tepla představují více než 75 % celkových tepelných ztrát ve skleníku. Proto posílení tepelně izolační schopnosti přední střechy skleníku může účinně snížit ztráty přes přední střechu a zlepšit zimní teplotní prostředí ve skleníku. V současné době existují tři hlavní opatření ke zlepšení tepelně izolační schopnosti přední střechy.

01 Je použit vícevrstvý průhledný povlak.

Z konstrukčního hlediska může použití dvouvrstvé nebo třívrstvé fólie jako světlopropustného povrchu skleníku účinně zlepšit tepelně izolační vlastnosti skleníku. Například Zhang Guosen a další navrhli v oblasti Gobi ve městě Jiuquan solární skleník s dvojitým obloukem a dvojitou fólií. Vnější strana přední střechy skleníku je vyrobena z EVA fólie a vnitřní strana skleníku je vyrobena z PVC fólie proti stárnutí, která nesteká. Experimenty ukazují, že ve srovnání s tradičními solárními skleníky druhé generace je tepelně izolační účinek vynikající a nejnižší noční teplota se v průměru zvyšuje o 2–3 °C. Podobně Zhang Jingshe a další navrhli solární skleník s dvojitým potahem fólie pro klimatické charakteristiky vysokých zeměpisných šířek a oblastí s extrémním chladem, což výrazně zlepšilo tepelnou izolaci skleníku. Ve srovnání s kontrolním skleníkem se noční teplota zvýšila o 3 °C. Kromě toho se Wu Letian a další pokusili použít tři vrstvy 0,1 mm silné EVA fólie na přední střeše solárního skleníku navrženého v pouštní oblasti Hetian v Sin-ťiangu. Vícevrstvá fólie může účinně snížit tepelné ztráty přední střechy, ale protože propustnost světla jednovrstvé fólie je v podstatě kolem 90 %, vícevrstvá fólie přirozeně vede k útlumu propustnosti světla. Proto je při výběru vícevrstvé fólie s propustností světla nutné věnovat náležitou pozornost světelným podmínkám a požadavkům na osvětlení skleníků.

02 Zesílení noční izolace přední střechy

Na přední střeše se používá plastová fólie pro zvýšení propustnosti světla během dne a v noci se stává nejslabším místem celého skleníku. Proto je pokrytí vnějšího povrchu přední střechy silnou kompozitní tepelně izolační dekou nezbytným tepelně izolačním opatřením pro solární skleníky. Například v alpské oblasti Čching-chaj použili Liu Yanjie a další pro experimenty slaměné závěsy a kraftový papír jako tepelně izolační deky. Výsledky testů ukázaly, že nejnižší vnitřní teplota ve skleníku v noci mohla dosáhnout více než 7,7 °C. Wei Wenxiang se dále domnívá, že tepelné ztráty skleníku lze snížit o více než 90 % použitím dvojitých travních závěsů nebo kraftového papíru vnějších travních závěsů pro tepelnou izolaci v této oblasti. Kromě toho Zou Ping a další použili tepelně izolační deku z recyklovaného jehlovaného plsti v solárním skleníku v oblasti Gobi v Sin-ťiangu a Chang Meimei a další použili tepelně izolační sendvičovou bavlněnou tepelně izolační deku v solárním skleníku v oblasti Gobi v koridoru Hexi. V současné době se v solárních sklenících používá mnoho druhů tepelně izolačních prošívaných dek, ale většina z nich je vyrobena z vpichované plsti, bavlny stříkané lepidlem, perleťové bavlny atd. s vodotěsnými nebo proti stárnutí odolnými povrchovými vrstvami na obou stranách. Podle mechanismu tepelné izolace tepelně izolační deky bychom pro zlepšení jejích tepelně izolačních vlastností měli začít zlepšením jejího tepelného odporu a snížením součinitele prostupu tepla. Hlavními opatřeními jsou snížení tepelné vodivosti materiálů, zvětšení tloušťky vrstev materiálu nebo zvýšení počtu vrstev materiálu atd. Proto je v současné době základní materiál tepelně izolační deky s vysokým tepelně izolačním výkonem často vyroben z vícevrstvých kompozitních materiálů. Podle testů může součinitel prostupu tepla tepelně izolační deky s vysokým tepelně izolačním výkonem v současné době dosáhnout 0,5 W/(m2℃), což poskytuje lepší záruku tepelné izolace skleníků v chladných oblastech v zimě. Severozápadní oblast je samozřejmě větrná a prašná a ultrafialové záření je silné, takže povrchová vrstva tepelně izolační deky by měla mít dobré proti stárnutí odolné vlastnosti.

03 Přidejte vnitřní tepelně izolační clonu.

Přestože je přední střecha skleníku na slunci v noci pokryta vnější tepelně izolační dekou, pokud jde o ostatní konstrukce celého skleníku, přední střecha je v noci stále slabým místem celého skleníku. Proto projektový tým „Konstrukce a konstrukční technologie skleníků na severozápadní neorné půdě“ navrhl jednoduchý systém vnitřní tepelně izolační rolety (obrázek 1), jehož konstrukce se skládá z pevné vnitřní tepelně izolační clony v přední části a pohyblivé vnitřní tepelně izolační clony v horním prostoru. Horní pohyblivá tepelně izolační clona se během dne otevírá a skládá u zadní stěny skleníku, což neovlivňuje osvětlení skleníku; pevná tepelně izolační deka ve spodní části hraje v noci roli těsnění. Konstrukce vnitřní izolace je úhledná a snadno se ovládá a v létě může také hrát roli stínění a chlazení.

Technologie aktivního ohřevu

Vzhledem k nízkým zimním teplotám v severozápadní Číně, pokud se spoléháme pouze na uchování a akumulaci tepla ve sklenících, stále nemůžeme splnit požadavky na přezimování plodin v některých chladných podmínkách, takže je třeba přijmout i některá opatření aktivního oteplování.

Systém pro skladování solární energie a uvolňování tepla

Je důležitým důvodem, proč stěna nese funkce uchování tepla, akumulace tepla a nosnosti, což vede k vysokým stavebním nákladům a nízké míře využití pozemků solárních skleníků. Zjednodušení a montáž solárních skleníků proto bude v budoucnu důležitým směrem rozvoje. Mezi nimi je zjednodušení funkce stěny, které uvolňuje funkci akumulace a uvolňování tepla, takže zadní stěna nese pouze funkci uchování tepla, což je účinný způsob, jak zjednodušit výstavbu. Například aktivní systém akumulace a uvolňování tepla Fang Hui (obrázek 2) je široce používán v neobdělávaných oblastech, jako je Kan-su, Ning-sia a Sin-ťiang. Jeho zařízení pro sběr tepla je zavěšeno na severní stěně. Během dne je teplo shromážděné zařízením pro sběr tepla uloženo v tělese akumulace tepla prostřednictvím cirkulace tepelného akumulačního média a v noci se teplo uvolňuje a ohřívá cirkulací tepelného akumulačního média, čímž se realizuje přenos tepla v čase a prostoru. Experimenty ukazují, že minimální teplotu ve skleníku lze pomocí tohoto zařízení zvýšit o 3~5 ℃. Wang Zhiwei a další navrhli systém vodní clony pro solární skleník v pouštní oblasti jižního Sin-ťiangu, který může v noci zvýšit teplotu skleníku o 2,1 °C.

Kromě toho Bao Encai a další navrhli aktivní systém akumulace tepla s cirkulací pro severní stěnu. Během dne proudí horký vzduch z vnitřního prostoru pomocí axiálních ventilátorů teplosměnným potrubím zabudovaným v severní stěně a toto teplosměnné potrubí si vyměňuje teplo s vrstvou akumulace tepla uvnitř stěny, což výrazně zlepšuje tepelnou kapacitu stěny. Kromě toho solární systém akumulace tepla s fázovou změnou, který navrhli Yan Yantao a další, ukládá teplo ve fázově měnících se materiálech pomocí solárních kolektorů během dne a poté jej v noci rozptýlí do vnitřního vzduchu cirkulací vzduchu, což může v noci zvýšit průměrnou teplotu o 2,0 °C. Výše ​​uvedené technologie a zařízení pro využití solární energie se vyznačují hospodárností, úsporou energie a nízkými emisemi uhlíku. Po optimalizaci a vylepšení by měly mít dobrý potenciál pro uplatnění v oblastech s bohatými zdroji solární energie v severozápadní Číně.

Další technologie pomocného vytápění

01 vytápění biomasou

Podestýlka, sláma, kravský, ovčí a drůbeží trus se smíchají s biologickými bakteriemi a zahrabou do půdy ve skleníku. Během fermentačního procesu se vytváří velké množství tepla a vzniká mnoho prospěšných kmenů, organické hmoty a CO2. Prospěšné kmeny dokáží potlačit a zabít různé choroboplodné zárodky a mohou snížit výskyt skleníkových chorob a škůdců. Organická hmota se může stát hnojivem pro plodiny. Produkovaný CO2 může zlepšit fotosyntézu plodin. Například Wei Wenxiang zahrabal horká organická hnojiva, jako je koňský, kravský a ovčí hnůj, do půdy v solárním skleníku na náhorní plošině Čching-chaj, což účinně zvýšilo teplotu půdy. V solárním skleníku v pouštní oblasti Kan-su použil Čou Čhlong slámu a organická hnojiva k fermentaci mezi plodinami. Test ukázal, že teplotu ve skleníku lze zvýšit o 2–3 °C.

02 vytápění uhlím

Existují umělá kamna, energeticky úsporné ohřívače vody a topení. Například Wei Wenxiang po průzkumu na náhorní plošině Čching-chaj zjistil, že umělé vytápění pecí se používá převážně lokálně. Tato metoda vytápění má výhody rychlejšího ohřevu a zjevného topného účinku. Při spalování uhlí však vznikají škodlivé plyny, jako je SO2, CO a H2S, takže je nutné škodlivé plyny dobře odvádět.

03 elektrické topení

K vytápění přední střechy skleníku použijte elektrický topný drát nebo elektrický ohřívač. Topný účinek je pozoruhodný, použití je bezpečné, ve skleníku nevznikají žádné znečišťující látky a topné zařízení se snadno ovládá. Chen Weiqian a další se domnívají, že problém poškození mrazem v zimě v oblasti Jiuquan brání rozvoji místního zemědělství v Gobi a že k vytápění skleníku lze použít elektrické topné články. Vzhledem k používání vysoce kvalitních zdrojů elektrické energie je však spotřeba energie vysoká a náklady vysoké. Doporučuje se používat je jako dočasný prostředek nouzového vytápění v extrémně chladném počasí.

Opatření v oblasti environmentálního managementu

V procesu výroby a používání skleníků nemůže kompletní zařízení a běžný provoz účinně zajistit, aby jeho tepelné prostředí splňovalo konstrukční požadavky. Ve skutečnosti hraje používání a správa zařízení často klíčovou roli při tvorbě a udržování tepelného prostředí, z čehož nejdůležitější je každodenní správa tepelně izolačních prošívaných a větracích otvorů.

Správa tepelně izolační prošívané deky

Tepelně izolační deka je klíčem k noční tepelné izolaci přední střechy, proto je nesmírně důležité zdokonalit její každodenní správu a údržbu, zejména je třeba věnovat pozornost následujícím problémům: ①Vyberte vhodný čas otevírání a zavírání tepelně izolační deky. Doba otevírání a zavírání tepelně izolační deky ovlivňuje nejen dobu osvětlení skleníku, ale také proces vytápění ve skleníku. Příliš brzké nebo příliš pozdní otevírání a zavírání tepelně izolační deky nevede k akumulaci tepla. Pokud je ráno deka odkryta příliš brzy, vnitřní teplota příliš klesne kvůli nízké venkovní teplotě a slabému osvětlení. Naopak, pokud je doba odkrytí deky příliš pozdě, doba příjmu světla ve skleníku se zkrátí a doba nárůstu vnitřní teploty se zpozdí. Pokud je odpoledne tepelně izolační deka vypnuta příliš brzy, doba expozice uvnitř se zkrátí a doba akumulace tepla v půdě a stěnách uvnitř se sníží. Naopak, pokud je uchovávání tepla vypnuto příliš pozdě, zvýší se odvod tepla skleníkem kvůli nízké venkovní teplotě a slabému osvětlení. Proto obecně platí, že když je tepelně izolační deka ráno zapnutá, doporučuje se, aby teplota stoupla po poklesu o 1~2 °C, zatímco když je tepelně izolační deka vypnutá, doporučuje se, aby teplota stoupla po poklesu o 1~2 °C. ② Při zavírání tepelně izolační deky věnujte pozornost tomu, zda tepelně izolační deka pevně pokrývá všechny přední strany střechy, a v případě mezer je včas upravte. ③ Po úplném položení tepelně izolační deky zkontrolujte, zda je spodní část zhutněna, aby se zabránilo odnesení tepelného izolačního efektu větrem v noci. ④ Tepelně izolační deku včas kontrolujte a udržujte ji, zejména pokud je poškozená, včas ji opravte nebo vyměňte. ⑤ Včas věnujte pozornost povětrnostním podmínkám. V případě deště nebo sněžení tepelně izolační deku včas zakryjte a sníh včas odstraňte.

Řízení větracích otvorů

Účelem větrání v zimě je upravit teplotu vzduchu, aby se zabránilo nadměrné teplotě kolem poledne. Druhým cílem je eliminovat vnitřní vlhkost, snížit vlhkost vzduchu ve skleníku a kontrolovat škůdce a choroby. Třetím cílem je zvýšit koncentraci CO2 v interiéru a podpořit růst plodin. Větrání a uchování tepla jsou však protichůdné. Pokud není větrání správně řízeno, pravděpodobně to povede k problémům s nízkými teplotami. Proto je třeba kdy a jak dlouho otevírat větrací otvory dynamicky upravovat podle podmínek prostředí ve skleníku. V severozápadních neobdělávaných oblastech se řízení větracích otvorů skleníků dělí hlavně na dva způsoby: ruční ovládání a jednoduché mechanické větrání. Doba otevírání a doba větrání větracích otvorů je však založena především na subjektivním úsudku lidí, takže se může stát, že se větrací otvory otevírají příliš brzy nebo příliš pozdě. Aby se výše uvedené problémy vyřešily, společnost Yin Yilei a další navrhli inteligentní střešní větrací zařízení, které dokáže určit dobu otevírání a velikost otevírání a zavírání větracích otvorů podle změn vnitřního prostředí. S prohloubením výzkumu zákonitostí změn životního prostředí a poptávky po plodinách, jakož i s popularizací a pokrokem technologií a zařízení, jako je vnímání životního prostředí, sběr informací, analýza a řízení, by automatizace řízení ventilace v solárních sklenících měla být v budoucnu důležitým směrem rozvoje.

Další opatření řízení

Při používání různých druhů fólií se jejich propustnost světla postupně snižuje a rychlost slábnutí nesouvisí pouze s jejich fyzikálními vlastnostmi, ale také s okolním prostředím a správou během používání. Nejdůležitějším faktorem, který vede ke snížení propustnosti světla, je během používání znečištění povrchu fólie. Proto je nesmírně důležité provádět pravidelné čištění a čištění, pokud to podmínky dovolí. Kromě toho by měla být pravidelně kontrolována konstrukce pláště skleníku. Pokud dojde k netěsnosti ve stěně a přední střeše, měla by být včas opravena, aby se zabránilo pronikání studeného vzduchu do skleníku.

Stávající problémy a směr vývoje

Výzkumníci po mnoho let zkoumali a studovali technologie pro uchovávání a skladování tepla, technologie řízení a metody vytápění skleníků v severozápadních neobdělávaných oblastech, což v podstatě umožnilo přezimování zeleniny, výrazně zlepšilo schopnost skleníků odolávat poškození způsobenému nízkými teplotami a v podstatě umožnilo přezimování zeleniny. To významně přispělo ke zmírnění rozporu mezi potravinami a zeleninou, které v Číně soupeří o půdu. V technologii garantované teploty v severozápadní Číně však stále přetrvávají následující problémy.

Typy skleníků, které mají být modernizovány

V současné době jsou typy skleníků stále nejběžnější ty, které byly postaveny na konci 20. století a na začátku tohoto století, s jednoduchou konstrukcí, nepraktickým designem, špatnou schopností udržovat tepelné prostředí ve skleníku a odolávat přírodním katastrofám a nedostatkem standardizace. Proto by v budoucím návrhu skleníků měly být standardizovány tvar a sklon přední střechy, azimutální úhel skleníku, výška zadní stěny, hloubka zapuštění skleníku atd., a to tak, aby se plně kombinovaly místní zeměpisné šířky a klimatické charakteristiky. Zároveň by se ve skleníku měla pěstovat pokud možno pouze jedna plodina, aby bylo možné provádět standardizované sladění skleníků podle světelných a teplotních požadavků vysázených plodin.

Rozsah skleníku je relativně malý.

Pokud je velikost skleníku příliš malá, ovlivní to stabilitu tepelného prostředí skleníku a rozvoj mechanizace. S postupným zvyšováním nákladů na pracovní sílu je rozvoj mechanizace důležitým směrem do budoucna. Proto bychom se v budoucnu měli vycházet z úrovně místního rozvoje, zohlednit potřeby rozvoje mechanizace, racionálně navrhnout vnitřní prostor a uspořádání skleníků, urychlit výzkum a vývoj zemědělské techniky vhodné pro místní oblasti a zlepšit míru mechanizace skleníkové produkce. Zároveň by se mělo odpovídající vybavení přizpůsobit potřebám plodin a pěstitelským vzorcům a měl by se podporovat integrovaný výzkum a vývoj, inovace a popularizace větracích, vlhkostních, tepelně izolačních a topných zařízení.

Tloušťka stěn, jako jsou pískové a duté bloky, je stále silná.

Pokud je stěna příliš silná, i když je izolační účinek dobrý, sníží se míra využití půdy, zvýší se náklady a obtížnost výstavby. Proto v budoucím vývoji lze na jedné straně vědecky optimalizovat tloušťku stěny podle místních klimatických podmínek; na druhé straně bychom měli podporovat lehký a zjednodušený design zadní stěny, aby si zadní stěna skleníku zachovala pouze funkci uchování tepla, a používat solární kolektory a další zařízení, která nahradí akumulaci a uvolňování tepla stěnou. Solární kolektory se vyznačují vysokou účinností sběru tepla, silnou kapacitou sběru tepla, úsporou energie, nízkým obsahem uhlíku atd. a většina z nich dokáže realizovat aktivní regulaci a řízení a provádět cílené exotermické vytápění podle environmentálních požadavků skleníku v noci s vyšší účinností využití tepla.

Je třeba vyvinout speciální tepelně izolační prošívanou deku.

Přední střecha je hlavním zdrojem tepla ve skleníku a tepelně izolační vlastnosti tepelně izolační deky přímo ovlivňují vnitřní tepelné prostředí. V současné době není teplota ve skleníku v některých oblastech dobrá, částečně proto, že tepelně izolační deka je příliš tenká a tepelně izolační vlastnosti materiálů jsou nedostatečné. Zároveň má tepelně izolační deka stále určité problémy, jako je špatná vodotěsnost a odolnost proti sněhu, snadné stárnutí povrchových a jádrových materiálů atd. Proto by v budoucnu měly být vědecky vybírány vhodné tepelně izolační materiály podle místních klimatických charakteristik a požadavků a měly by být navrženy a vyvinuty speciální tepelně izolační výrobky vhodné pro místní použití a popularizaci.

KONEC

Citované informace

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi atd. Stav výzkumu technologie garantované teploty prostředí pro solární skleníky na severozápadní neobdělávané půdě [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.