Li Jianming, Sun Guotao itd.Tehnologija hortikulturne poljoprivredne tehnike staklenika2022-11-21 17:42 Objavljeno u Pekingu

Posljednjih godina snažno se razvija staklenička industrija.Razvoj staklenika ne samo da poboljšava stopu iskorištenosti zemljišta i stopu proizvodnje poljoprivrednih proizvoda, već također rješava problem opskrbe voćem i povrćem izvan sezone.Međutim, staklenik se također susreo s izazovima bez presedana.Izvorni objekti, načini grijanja i konstruktivni oblici proizveli su otpor prema okolišu i razvoju.Hitno su potrebni novi materijali i novi dizajni kako bi se promijenila struktura staklenika, a novi izvori energije hitno su potrebni kako bi se postigla svrha očuvanja energije i zaštite okoliša te povećala proizvodnja i prihod.

Ovaj članak raspravlja o temi "nova energija, novi materijali, novi dizajn koji će pomoći novoj revoluciji staklenika", uključujući istraživanje i inovacije solarne energije, energije biomase, geotermalne energije i drugih novih izvora energije u stakleniku, istraživanje i primjenu novih materijala za pokrivanje, toplinsku izolaciju, zidove i drugu opremu, te budući izgledi i razmišljanje o novoj energiji, novim materijalima i novom dizajnu koji će pomoći reformi staklenika, kako bi se pružila referenca za industriju.

Razvoj poljoprivredne proizvodnje politički je zahtjev i neizbježan izbor za provedbu duha važnih uputa i donošenja odluka središnje vlade.Godine 2020. ukupna površina zaštićene poljoprivrede u Kini bit će 2,8 milijuna hm2, a vrijednost proizvodnje premašit će 1 trilijun juana.To je važan način za poboljšanje kapaciteta stakleničke proizvodnje za poboljšanje rasvjete staklenika i toplinske izolacije kroz novu energiju, nove materijale i novi dizajn staklenika.Postoje mnogi nedostaci u tradicionalnoj stakleničkoj proizvodnji, kao što su ugljen, loživo ulje i drugi energenti koji se koriste za grijanje i grijanje u tradicionalnim staklenicima, što rezultira velikom količinom plina dioksida, koji ozbiljno zagađuje okoliš, dok prirodni plin, električna energija i drugi izvori energije povećavaju operativne troškove staklenika.Tradicionalni materijali za skladištenje topline za zidove staklenika uglavnom su glina i cigla, koji troše puno i uzrokuju ozbiljnu štetu zemljišnim resursima.Učinkovitost korištenja zemljišta tradicionalnog solarnog staklenika sa zemljanim zidom je samo 40% ~ 50%, a obični staklenik ima slab kapacitet skladištenja topline, tako da ne može preživjeti zimu za proizvodnju toplog povrća u sjevernoj Kini.Stoga je srž promicanja stakleničkih promjena ili temeljnih istraživanja u dizajnu staklenika, istraživanju i razvoju novih materijala i nove energije.Ovaj će se članak usredotočiti na istraživanje i inovacije novih izvora energije u staklenicima, sažeti status istraživanja novih izvora energije kao što su solarna energija, energija biomase, geotermalna energija, energija vjetra i novi prozirni pokrovni materijali, toplinski izolacijski materijali i zidni materijali u staklenika, analizirati primjenu nove energije i novih materijala u izgradnji novih staklenika, te se veseliti njihovoj ulozi u budućem razvoju i transformaciji staklenika.

Istraživanje i inovacija novog energetskog staklenika

Nova zelena energija s najvećim potencijalom iskorištavanja u poljoprivredi uključuje solarnu energiju, geotermalnu energiju i energiju biomase ili sveobuhvatno iskorištavanje niza novih izvora energije, kako bi se postiglo učinkovito korištenje energije učeći na međusobnim jakim stranama.

solarna energija/snaga

Tehnologija solarne energije učinkovit je i održiv način opskrbe energijom s niskim udjelom ugljika i važna je komponenta kineskih strateških industrija u nastajanju.To će u budućnosti postati neizbježan izbor za transformaciju i nadogradnju energetske strukture Kine.Sa stajališta energetskog iskorištenja, sam staklenik je objekt za iskorištavanje sunčeve energije.Efektom staklenika sunčeva energija se skuplja u zatvorenom prostoru, podiže se temperatura staklenika i osigurava potrebna toplina za rast usjeva.Glavni izvor energije fotosinteze stakleničkih biljaka je izravna sunčeva svjetlost, što je izravno iskorištavanje sunčeve energije.

01 Fotonaponska proizvodnja energije za proizvodnju topline

Fotonaponska proizvodnja električne energije je tehnologija koja izravno pretvara svjetlosnu energiju u električnu energiju na temelju fotonaponskog učinka.Ključni element ove tehnologije je solarna ćelija.Kada sunčeva energija obasjava niz solarnih ploča u nizu ili paralelno, poluvodičke komponente izravno pretvaraju energiju sunčevog zračenja u električnu energiju.Fotonaponska tehnologija može izravno pretvarati svjetlosnu energiju u električnu, skladištiti električnu energiju putem baterija i grijati staklenik noću, ali njena visoka cijena ograničava daljnji razvoj.Istraživačka skupina razvila je fotonaponski uređaj za grijanje od grafena, koji se sastoji od fleksibilnih fotonaponskih panela, sveobuhvatnog stroja za reverzibilnu kontrolu, baterije za pohranu i grijaće šipke od grafena.U skladu s duljinom linije sadnje, grafenska grijaća šipka se zakopa ispod vreće za supstrat.Tijekom dana fotonaponski paneli apsorbiraju sunčevo zračenje kako bi proizveli električnu energiju i pohranili je u bateriju, a zatim se električna energija noću oslobađa za grijaću šipku od grafena.U stvarnom mjerenju, usvojen je način kontrole temperature s početkom na 17 ℃ i zatvaranjem na 19 ℃.Radeći noću (20:00-08:00 drugog dana) tijekom 8 sati, potrošnja energije za grijanje jednog reda biljaka je 1,24 kW·h, a prosječna temperatura vrećice supstrata noću je 19,2 ℃, što je 3,5 ~ 5,3 ℃ više od kontrole.Ova metoda grijanja u kombinaciji s fotonaponskom proizvodnjom energije rješava probleme visoke potrošnje energije i visokog zagađenja u grijanju staklenika zimi.

02 fototermalna pretvorba i korištenje

Solarna fototermalna pretvorba odnosi se na korištenje posebne površine za prikupljanje sunčeve svjetlosti izrađene od materijala za fototermalnu pretvorbu kako bi se prikupila i apsorbirala što je moguće više sunčeve energije koja zrači na nju i pretvorila je u toplinsku energiju.U usporedbi sa solarnim fotonaponskim primjenama, solarne fototermalne aplikacije povećavaju apsorpciju bliskog infracrvenog pojasa, tako da imaju veću učinkovitost iskorištavanja energije sunčeve svjetlosti, nižu cijenu i zrelu tehnologiju, te su najčešće korišteni način iskorištavanja sunčeve energije.

Najzrelija tehnologija fototermalne pretvorbe i korištenja u Kini je solarni kolektor, čija je središnja komponenta jezgra ploče koja apsorbira toplinu s premazom za selektivnu apsorpciju, koja može pretvoriti energiju sunčevog zračenja koja prolazi kroz pokrovnu ploču u toplinsku energiju i prenositi to na radni medij koji apsorbira toplinu.Solarni kolektori se mogu podijeliti u dvije kategorije prema tome postoji li vakuumski prostor u kolektoru ili ne: ravni solarni kolektori i vakuumski cijevni solarni kolektori;koncentrirajući solarni kolektori i nekoncentrirajući solarni kolektori ovisno o tome hoće li sunčevo zračenje na izlazu dnevnog svjetla promijeniti smjer;te tekući solarni kolektori i zračni solarni kolektori prema vrsti radnog medija za prijenos topline.

Iskorištavanje sunčeve energije u staklenicima uglavnom se odvija putem raznih vrsta solarnih kolektora.Sveučilište Ibn Zor u Maroku razvilo je sustav aktivnog solarnog grijanja (ASHS) za zagrijavanje staklenika, koji može povećati ukupnu proizvodnju rajčice za 55% zimi.Kinesko poljoprivredno sveučilište dizajniralo je i razvilo skup površinskog hladnjaka-ventilatorskog sustava za prikupljanje i pražnjenje, s kapacitetom prikupljanja topline od 390,6～693,0 MJ, i iznijelo ideju o odvajanju procesa prikupljanja topline od procesa skladištenja topline toplinskom pumpom.Sveučilište u Bariju u Italiji razvilo je poligeneracijski sustav grijanja staklenika, koji se sastoji od sustava solarne energije i dizalice topline zrak-voda, a može povećati temperaturu zraka za 3,6%, a temperaturu tla za 92%.Istraživačka skupina razvila je neku vrstu aktivne opreme za sakupljanje sunčeve topline s promjenjivim kutom nagiba za solarni staklenik i prateći uređaj za pohranu topline za vodeno tijelo staklenika u svim vremenskim uvjetima.Tehnologija aktivnog solarnog prikupljanja topline s promjenjivim nagibom probija ograničenja tradicionalne opreme za prikupljanje topline iz staklenika, kao što je ograničeni kapacitet prikupljanja topline, zasjenjenje i zauzimanje obradivog zemljišta.Korištenjem posebne strukture staklenika solarnog staklenika, prostor staklenika bez sadnje je u potpunosti iskorišten, što uvelike poboljšava učinkovitost korištenja prostora staklenika.U tipičnim sunčanim radnim uvjetima, aktivni sustav prikupljanja sunčeve topline s promjenjivim nagibom doseže 1,9 MJ/(m2h), učinkovitost iskorištenja energije doseže 85,1%, a stopa uštede energije 77%.U tehnologiji skladištenja topline staklenika, postavlja se višefazna promjena strukture skladištenja topline, povećava se kapacitet skladištenja topline uređaja za skladištenje topline i ostvaruje se polagano oslobađanje topline iz uređaja, kako bi se ostvarila učinkovita upotreba toplina prikupljena opremom za prikupljanje solarne topline staklenika.

energija biomase

Nova struktura objekta izgrađena je spajanjem uređaja za proizvodnju topline na biomasu sa staklenikom, a sirovine iz biomase kao što su svinjsko gnojivo, ostaci gljiva i slama kompostiraju se za zagrijavanje piva, a proizvedena toplinska energija izravno se dovodi u staklenik [ 5].U usporedbi sa staklenikom bez spremnika za grijanje fermentacije biomase, staklenik za grijanje može učinkovito povećati temperaturu tla u stakleniku i održavati odgovarajuću temperaturu korijena usjeva koji se uzgajaju u tlu u normalnoj klimi zimi.Uzimajući kao primjer jednoslojni asimetrični termoizolacijski staklenik s rasponom od 17 m i duljinom od 30 m, dodavanjem 8 m poljoprivrednog otpada (slama od rajčice i mješavina svinjskog gnojiva) u unutarnji spremnik za fermentaciju za prirodnu fermentaciju bez prevrtanja hrpe povećati prosječnu dnevnu temperaturu staklenika za 4,2 ℃ zimi, a prosječna dnevna minimalna temperatura može doseći 4,6 ℃.

Iskorištavanje energije kontrolirane fermentacije biomase je metoda fermentacije koja koristi instrumente i opremu za kontrolu procesa fermentacije kako bi se brzo dobila i učinkovito iskoristila toplinska energija biomase i CO2 plinsko gnojivo, među kojima su ventilacija i vlaga ključni čimbenici za regulaciju topline fermentacije. and gas production of biomass.U ventiliranim uvjetima aerobni mikroorganizmi u fermentacijskoj hrpi koriste kisik za životne aktivnosti, a dio proizvedene energije koriste za vlastite životne aktivnosti, a dio energije otpuštaju u okoliš kao toplinsku energiju, što povoljno utječe na temperaturu. porast okoline.Voda sudjeluje u cijelom procesu fermentacije, osiguravajući potrebne topljive hranjive tvari za mikrobne aktivnosti, a istovremeno otpuštajući toplinu hrpe u obliku pare kroz vodu, kako bi se smanjila temperatura hrpe, produžio život hrpe mikroorganizama i povećati temperaturu hrpe.Ugradnja uređaja za ispiranje slame u spremnik za fermentaciju može povećati unutarnju temperaturu za 3 ~ 5 ℃ zimi, ojačati fotosintezu biljaka i povećati prinos rajčice za 29,6%.

Geotermalna energija

Kina je bogata geotermalnim izvorima.Trenutačno je najčešći način za poljoprivredne objekte da iskoriste geotermalnu energiju korištenje toplinske pumpe iz tla, koja može prenijeti iz niske toplinske energije u visokovrijednu toplinsku energiju unosom male količine visokovrijedne energije (kao što je električna energija).Za razliku od tradicionalnih mjera grijanja staklenika, grijanje toplinskom pumpom iz zemlje ne samo da može postići značajan učinak grijanja, već također ima sposobnost hlađenja staklenika i smanjenja vlage u stakleniku.Istraživanje primjene toplinske pumpe zemlja-izvor u području stanogradnje je zrelo.Osnovni dio koji utječe na kapacitet grijanja i hlađenja toplinske pumpe zemlja-izvor je podzemni modul za izmjenu topline, koji uglavnom uključuje ukopane cijevi, podzemne bunare itd. Kako dizajnirati podzemni sustav za izmjenu topline s uravnoteženim troškovima i učinkom uvijek je bio fokus istraživanja ovog dijela.U isto vrijeme, promjena temperature podzemnog sloja tla u primjeni toplinske pumpe iz zemlje također utječe na učinak korištenja sustava dizalice topline.Korištenje toplinske pumpe iz tla za hlađenje staklenika ljeti i skladištenje toplinske energije u dubokom sloju tla može ublažiti pad temperature podzemnog sloja tla i poboljšati učinkovitost proizvodnje topline toplinske pumpe iz tla zimi.

Trenutačno, u istraživanju performansi i učinkovitosti toplinske crpke zemljanog izvora, kroz stvarne eksperimentalne podatke, uspostavljen je numerički model sa softverom kao što su TOUGH2 i TRNSYS, te je zaključeno da su učinak grijanja i koeficijent učinka (COP ) toplinske pumpe zemlja može doseći 3,0 ~ 4,5, što ima dobar učinak hlađenja i grijanja.U istraživanju operativne strategije sustava dizalice topline, Fu Yunzhun i drugi otkrili su da u usporedbi s protokom na strani opterećenja, protok na strani izvora tla ima veći utjecaj na performanse jedinice i performanse prijenosa topline ukopane cijevi .U uvjetima podešenog protoka, maksimalna COP vrijednost jedinice može doseći 4,17 usvajanjem radne sheme rada 2 sata i zaustavljanja 2 sata;Shi Huixian et.usvojio povremeni način rada sustava za hlađenje spremnika vode.Ljeti, kada je temperatura visoka, COP cijelog sustava opskrbe energijom može doseći 3,80.

Tehnologija dubokog skladištenja topline u tlu u stakleniku

Duboko skladištenje topline u tlu u stakleniku također se naziva i "banka za skladištenje topline" u stakleniku.Šteta od hladnoće zimi i visoke temperature ljeti glavne su prepreke proizvodnji u stakleniku.Na temelju snažnog kapaciteta pohranjivanja topline dubokog tla, istraživačka skupina dizajnirala je staklenički podzemni uređaj za duboko pohranjivanje topline.Uređaj je dvoslojni paralelni cjevovod za prijenos topline ukopan na dubini od 1,5～2,5m ispod zemlje u stakleniku, s ulazom zraka na vrhu staklenika i izlazom zraka na tlu.Kada je temperatura u stakleniku visoka, unutarnji zrak se prisilno pumpa u zemlju pomoću ventilatora kako bi se ostvarilo skladištenje topline i smanjenje temperature.Kada je temperatura u stakleniku niska, toplina se izvlači iz tla kako bi se zagrijao staklenik.Rezultati proizvodnje i primjene pokazuju da uređaj može povećati temperaturu staklenika za 2,3 ℃ tijekom zimske noći, smanjiti unutarnju temperaturu za 2,6 ℃ tijekom ljetnog dana i povećati prinos rajčice za 1500 kg na 667 m².Uređaj u potpunosti iskorištava karakteristike "toplo zimi i hladno ljeti" i "konstantnu temperaturu" duboko podzemnog tla, osigurava "banku pristupa energiji" za staklenik i kontinuirano dovršava pomoćne funkcije hlađenja i grijanja staklenika .

Višeenergijska koordinacija

Korištenje dvije ili više vrsta energije za grijanje staklenika može učinkovito nadoknaditi nedostatke jedne vrste energije i dati prednost efektu superpozicije "jedan plus jedan je veće od dva".Komplementarna suradnja između geotermalne energije i solarne energije žarište je istraživanja nove uporabe energije u poljoprivrednoj proizvodnji posljednjih godina.Emmi et.proučavali su energetski sustav s više izvora (slika 1), koji je opremljen fotonaponsko-termalnim hibridnim solarnim kolektorom.U usporedbi s uobičajenim sustavom dizalice topline zrak-voda, energetska učinkovitost sustava s više izvora energije poboljšana je za 16%~25%.Zheng et.razvili su novi tip spregnutog sustava za pohranu topline solarne energije i toplinske pumpe iz tla.Sustav solarnih kolektora može ostvariti kvalitetno sezonsko skladištenje grijanja, odnosno kvalitetno grijanje zimi i kvalitetno hlađenje ljeti.Ukopani cijevni izmjenjivač topline i povremeni spremnik topline mogu dobro raditi u sustavu, a COP vrijednost sustava može doseći 6,96.

U kombinaciji sa solarnom energijom, cilj mu je smanjiti potrošnju komercijalne energije i povećati stabilnost opskrbe solarnom energijom u stakleniku.Wan Ya et.iznijeli su novu shemu inteligentne upravljačke tehnologije kombiniranja proizvodnje solarne energije s komercijalnom energijom za grijanje staklenika, koja može koristiti fotonaponsku energiju kada ima svjetla i pretvoriti je u komercijalnu energiju kada nema svjetla, uvelike smanjujući manjak snage opterećenja brzinu i smanjenje ekonomskih troškova bez korištenja baterija.

Sunčeva energija, energija biomase i električna energija mogu zajednički grijati staklenike, čime se također može postići visoka učinkovitost grijanja.Zhang Liangrui i drugi kombinirali su skupljanje topline pomoću solarne vakuumske cijevi sa spremnikom vode za skladištenje topline električne energije u dolini.Sustav grijanja staklenika ima dobru toplinsku udobnost, a prosječna učinkovitost grijanja sustava je 68,70%.Električni spremnik toplinske vode je uređaj za skladištenje vode za grijanje na biomasu s električnim grijanjem.Postavlja se najniža temperatura ulazne vode na kraju grijanja, a strategija rada sustava određuje se prema temperaturi akumulacije vode dijela za prikupljanje solarne topline i dijela za akumulaciju topline biomase, kako bi se postigla stabilna temperatura grijanja na grijanja i maksimalno uštedjeti električnu energiju i energente biomase.

Inovativno istraživanje i primjena novih stakleničkih materijala

Sa širenjem površine staklenika sve se više otkrivaju nedostaci primjene tradicionalnih stakleničkih materijala kao što su cigle i zemlja.Stoga, kako bi se dodatno poboljšala toplinska izvedba staklenika i zadovoljile razvojne potrebe modernog staklenika, postoje mnoga istraživanja i primjene novih prozirnih pokrovnih materijala, materijala za toplinsku izolaciju i zidnih materijala.

Istraživanje i primjena novih transparentnih pokrovnih materijala

Vrste prozirnih pokrovnih materijala za staklenike uglavnom uključuju plastičnu foliju, staklo, solarne ploče i fotonaponske ploče, među kojima plastična folija ima najveće područje primjene.Tradicionalna staklenička PE folija ima nedostatke kratkog radnog vijeka, nerazgradnje i jednostruke funkcije.Trenutno je razvijen niz novih funkcionalnih filmova dodavanjem funkcionalnih reagensa ili premaza.

Film za konverziju svjetla:Film za pretvorbu svjetlosti mijenja optička svojstva filma upotrebom sredstava za pretvorbu svjetlosti kao što su rijetke zemlje i nano materijali, i može pretvoriti područje ultraljubičastog svjetla u crveno narančasto svjetlo i plavo ljubičasto svjetlo potrebno za fotosintezu biljaka, čime se povećava prinos usjeva i smanjuje oštećenja ultraljubičastog svjetla na usjevima i filmovima staklenika u plastičnim staklenicima.Na primjer, širokopojasni ljubičasto-crveni staklenički film s VTR-660 sredstvom za pretvorbu svjetla može značajno poboljšati propusnost infracrvenog zračenja kada se primjenjuje u stakleniku, au usporedbi s kontrolnim staklenikom, prinos rajčice po hektaru, sadržaj vitamina C i likopena značajno su porasli za 25,71%, 11,11% i 33,04%.Međutim, trenutačno još treba proučiti vijek trajanja, razgradivost i cijenu novog filma za pretvorbu svjetlosti.

Razbacano staklo: Raspršeno staklo u stakleniku poseban je uzorak i tehnologija protiv refleksije na površini stakla, koja može maksimizirati sunčevu svjetlost u raspršenu svjetlost i ući u staklenik, poboljšati učinkovitost fotosinteze usjeva i povećati prinos usjeva.Staklo za raspršivanje pretvara svjetlo koje ulazi u staklenik u raspršeno svjetlo pomoću posebnih uzoraka, a raspršeno svjetlo može se ravnomjernije zračiti u staklenik, eliminirajući utjecaj sjene kostura na staklenik.U usporedbi s običnim float staklom i ultrabijelim float staklom, standard propusnosti svjetla raspršenog stakla je 91,5%, a običnog float stakla 88%.Za svakih 1% povećanja propusnosti svjetla unutar staklenika, prinos se može povećati za oko 3%, a topivi šećer i vitamin C u voću i povrću su se povećali.Staklo za raspršivanje u stakleniku prvo se premazuje, a zatim kali, a stopa samoeksplozije veća je od nacionalnog standarda i doseže 2‰.

Istraživanje i primjena novih toplinsko-izolacijskih materijala

Tradicionalni toplinski izolacijski materijali u staklenicima uglavnom uključuju slamnatu prostirku, papirnati poplun, iglani filc za toplinsku izolaciju itd., koji se uglavnom koriste za unutarnju i vanjsku toplinsku izolaciju krovova, izolaciju zidova i toplinsku izolaciju nekih uređaja za pohranu i prikupljanje topline .Većina njih ima nedostatak gubitka toplinske izolacije zbog unutarnje vlage nakon dugotrajne uporabe.Stoga postoji mnogo primjena novih materijala visoke toplinske izolacije, među kojima su novi toplinski izolacijski poplun, uređaji za skladištenje i prikupljanje topline u fokusu istraživanja.

Novi toplinski izolacijski materijali obično se izrađuju preradom i miješanjem površinskih vodootpornih materijala i materijala otpornih na starenje kao što su tkani film i obloženi filc s paperjastim toplinskim izolacijskim materijalima kao što su pamuk obložen prskanjem, razni kašmir i biserni pamuk.U sjeveroistočnoj Kini testiran je termoizolacijski poplun od pamučnog sloja premazanog folijom.Utvrđeno je da je dodavanje 500 g pamuka premazanog sprejom bilo ekvivalentno učinku toplinske izolacije termoizolacijskog popluna od crnog filca od 4500 g na tržištu.Pod istim uvjetima, učinak toplinske izolacije 700 g pamuka premazanog prskanjem poboljšan je za 1~2 ℃ u usporedbi s termoizolacijskim poplunom od 500 g pamuka premazanog prskanjem.U isto vrijeme, druge su studije također otkrile da je u usporedbi s uobičajeno korištenim toplinsko izolacijskim poplunima na tržištu, učinak toplinske izolacije toplinski izolacijskih popluna premazanih prskanjem pamuka i raznih kašmira bolji, sa stopama toplinske izolacije od 84,0% i 83,3 %odnosno.Kada je najhladnija vanjska temperatura -24,4 ℃, unutarnja temperatura može doseći 5,4 odnosno 4,2 ℃.U usporedbi s jednostrukim izolacijskim pokrivačem od slame, novi kompozitni izolacijski pokrivač ima prednosti male težine, visoke stope izolacije, jake vodootpornosti i otpornosti na starenje te se može koristiti kao nova vrsta visokoučinkovitog izolacijskog materijala za solarne staklenike.

Istodobno, prema istraživanju materijala za toplinsku izolaciju za uređaje za prikupljanje i skladištenje topline staklenika, također je utvrđeno da kada je debljina ista, višeslojni kompozitni toplinski izolacijski materijali imaju bolju toplinsku izolaciju od pojedinačnih materijala.Tim profesora Li Jianminga sa Sveučilišta Northwest A&F dizajnirao je i ispitao 22 vrste materijala za toplinsku izolaciju uređaja za skladištenje stakleničke vode, poput vakuumske ploče, aerogela i gumenog pamuka, te izmjerio njihova toplinska svojstva.Rezultati su pokazali da 80 mm termoizolacijski premaz + aerogel + guma-plastika toplinska izolacija pamuk kompozitni izolacijski materijal može smanjiti rasipanje topline za 0,367 MJ po jedinici vremena u usporedbi s 80 mm guma-plastika pamuk, a njegov koeficijent prijenosa topline bio je 0,283 W/(m2 ·k) kada je debljina izolacijske kombinacije bila 100 mm.

Materijal s faznom promjenom jedna je od vrućih točaka u istraživanju stakleničkih materijala.Sveučilište Northwest A&F razvilo je dvije vrste uređaja za pohranjivanje materijala s promjenom faze: jedna je kutija za pohranu izrađena od crnog polietilena, veličine 50cm×30cm×14cm (duljina×visina×debljina) i ispunjena je materijalima s promjenom faze, tako da da može skladištiti toplinu i otpuštati toplinu;Drugo, razvijena je nova vrsta zidne ploče s promjenom faze.Fazno promjenjiva zidna ploča sastoji se od fazno promjenjivog materijala, aluminijske ploče, aluminijsko-plastične ploče i aluminijske legure.Fazno promjenjivi materijal nalazi se na središnjem mjestu zidne ploče, a njegova specifikacija je 200 mm × 200 mm × 50 mm.To je praškasta krutina prije i poslije fazne promjene i nema fenomena taljenja ili tečenja.Četiri stijenke materijala s promjenom faze su aluminijska ploča i aluminijsko-plastična ploča.Ovaj uređaj može realizirati funkcije uglavnom skladištenja topline tijekom dana i uglavnom otpuštanja topline noću.

Stoga postoje neki problemi u primjeni pojedinačnog toplinsko-izolacijskog materijala, kao što je niska učinkovitost toplinske izolacije, veliki toplinski gubici, kratko vrijeme skladištenja topline itd. Stoga, korištenje kompozitnog toplinsko-izolacijskog materijala kao toplinsko-izolacijskog sloja te unutarnje i vanjske toplinske izolacije pokrovni sloj uređaja za skladištenje topline može učinkovito poboljšati toplinsku izolaciju staklenika, smanjiti gubitak topline staklenika i tako postići učinak uštede energije.

Istraživanje i primjena novog zida

Kao neka vrsta ograđene strukture, zid je važna barijera za zaštitu staklenika od hladnoće i očuvanje topline.Prema materijalima i strukturama zidova, razvoj sjevernog zida staklenika može se podijeliti u tri tipa: jednoslojni zid od zemlje, opeke itd. i slojeviti sjeverni zid od glinene opeke, blok opeke, polistirenske ploče itd., s unutarnjim skladištenjem topline i vanjskom toplinskom izolacijom, a većina takvih zidova je dugotrajna i radno intenzivna;Stoga su se posljednjih godina pojavile mnoge nove vrste zidova, koje je lako izgraditi i pogodne za brzu montažu.

Pojava novog tipa sklopljenih zidova promiče brzi razvoj sklopljenih staklenika, uključujući novi tip kompozitnih zidova s ​​vanjskim vodootpornim i anti-aging površinskim materijalima i materijalima kao što su filc, biserni pamuk, svemirski pamuk, stakleni pamuk ili reciklirani pamuk kao toplina izolacijski slojevi, kao što su fleksibilni sklopljeni zidovi od pamuka spojenog prskanjem u Xinjiangu.Osim toga, druge su studije također izvijestile o sjevernom zidu sastavljenog staklenika sa slojem za pohranu topline, kao što je blok žbuke pšenične ljuske ispunjen opekom u Xinjiangu.Pod istim vanjskim okruženjem, kada je najniža vanjska temperatura -20,8 ℃, temperatura u solarnom stakleniku sa kompozitnim zidom od morta pšenične ljuske iznosi 7,5 ℃, dok je temperatura u solarnom stakleniku sa zidom od cigle i betona 3,2 ℃.Vrijeme berbe rajčice u stakleniku od opeke može se pomaknuti za 16 dana, a prinos u jednom stakleniku može se povećati za 18,4%.

Tim za objekte Sveučilišta Northwest A&F iznio je ideju dizajna izrade slame, zemlje, vode, kamena i materijala za promjenu faze u module za toplinsku izolaciju i pohranu topline iz kuta svjetlosti i pojednostavljenog dizajna zidova, što je promoviralo istraživanje primjene modularnih sklopova zid.Na primjer, u usporedbi s običnim staklenikom od opeke, prosječna temperatura u stakleniku je 4,0 ℃ viša tijekom tipičnog sunčanog dana.Tri vrste modula anorganskog fazno promjenjivog cementa, koji su izrađeni od fazno promjenjivog materijala (PCM) i cementa, imaju akumuliranu toplinu od 74,5, 88,0 i 95,1 MJ/m³, te oslobođenu toplinu od 59,8, 67,8 i 84,2 MJ/m³, odnosno.Imaju funkciju "rezanja vrha" danju, "punjenja doline" noću, upijanja topline ljeti i otpuštanja topline zimi.

Ovi novi zidovi sastavljaju se na licu mjesta, s kratkim rokom izgradnje i dugim vijekom trajanja, čime se stvaraju uvjeti za izgradnju laganih, pojednostavljenih i brzo montažnih montažnih staklenika, te mogu uvelike pospješiti strukturnu reformu staklenika.Međutim, postoje neki nedostaci u ovoj vrsti zida, kao što je toplinski izolacijski poplun od pamuka spojenog sprejom ima izvrsnu toplinsku izolaciju, ali nema kapacitet skladištenja topline, a građevinski materijal s promjenom faze ima problem visokih troškova upotrebe.U budućnosti bi trebalo ojačati istraživanje primjene montažnog zida.

Nova energija, novi materijali i novi dizajni pomažu u promjeni strukture staklenika.

Istraživanje i inovacije novih energija i novih materijala pružaju temelj za dizajnersku inovaciju staklenika.Međutim, s razvojem kineske socijalne ekonomije sve se više prikazuju nedostaci dviju vrsta struktura postrojenja.Prvo, prostor konstrukcija postrojenja je mali, a stupanj mehanizacije nizak;Obični luk proliven ne samo da ima mali prostor, već ima i lošu toplinsku izolaciju.Iako staklenik s više raspona ima veliki prostor, ima lošu toplinsku izolaciju i visoku potrošnju energije.

Inovativno istraživanje asimetričnog vodenog staklenika za proizvodnju piva velikog raspona

Asimetrični vodeni staklenik za pivo velikog raspona (broj patenta: ZL 201220391214.2) temelji se na principu staklenika sunčeve svjetlosti, mijenjajući simetričnu strukturu običnog plastičnog staklenika, povećavajući južni raspon, povećavajući područje osvjetljenja južnog krova, smanjujući sjeverni raspon i smanjenje područja rasipanja topline, s rasponom od 18~24m i visinom grebena od 6~7m.Kroz inovaciju dizajna, prostorna struktura je značajno povećana.Istodobno, problemi nedovoljne topline u stakleniku zimi i loše toplinske izolacije uobičajenih toplinsko-izolacijskih materijala rješavaju se primjenom nove tehnologije topline proizvodnje piva iz biomase i toplinsko-izolacijskih materijala.Proizvodnja i rezultati istraživanja pokazuju da asimetrični vodeno kontrolirani staklenik za pivo velikog raspona, s prosječnom temperaturom od 11,7 ℃ za sunčanih dana i 10,8 ℃ za oblačnih dana, može zadovoljiti potrebe za rastom usjeva zimi i troškove izgradnje staklenik je smanjen za 39,6%, a stopa iskorištenosti zemljišta povećana je za više od 30% u usporedbi s staklenikom od polistirenske opeke, koji je prikladan za daljnju popularizaciju i primjenu u slivu rijeke Huaihe u Kini.

Montirani staklenik sunčeve svjetlosti

Sastavljeni staklenik za sunčevu svjetlost uzima stupove i krovni kostur kao nosivu strukturu, a njegov zidni materijal je uglavnom toplinsko izolacijsko kućište, umjesto ležaja i pasivnog skladištenja i oslobađanja topline.Uglavnom: (1) novi tip montiranog zida formira se kombinacijom različitih materijala kao što su obloženi film ili čelična ploča u boji, slamnati blok, fleksibilni toplinski izolacijski poplun, mortni blok itd. (2) kompozitna zidna ploča izrađena od montažne cementne ploče -polystyrene board-cement board;(3) Lagana i jednostavna montaža tipa toplinsko-izolacijskih materijala s aktivnim sustavom za pohranjivanje i otpuštanje topline i sustavom odvlaživanja, kao što je plastična četvrtasta kanta za pohranu topline i cjevovod za pohranu topline.Korištenje različitih novih materijala za toplinsku izolaciju i materijala za skladištenje topline umjesto tradicionalnih zemljanih zidova za izgradnju solarnog staklenika ima veliki prostor i male građevinske radove.Eksperimentalni rezultati pokazuju da je temperatura staklenika noću zimi 4,5 ℃ viša od one u tradicionalnom stakleniku od cigle, a debljina stražnjeg zida je 166 mm.U usporedbi sa staklenikom od cigle debljine 600 mm, zauzeta površina zida smanjena je za 72%, a cijena po kvadratnom metru iznosi 334,5 juana, što je 157,2 juana niže od staklenika od cigle i troškova izgradnje has dropped significantly.Stoga sastavljeni staklenik ima prednosti manjeg uništavanja kultivirane zemlje, uštede zemljišta, brze izgradnje i dugog životnog vijeka, a to je ključni smjer za inovacije i razvoj solarnih staklenika sada i u budućnosti.

Klizni staklenik sunčeve svjetlosti

Solarni staklenik sastavljen od skateboarda koji štedi energiju koji je razvilo Poljoprivredno sveučilište Shenyang koristi stražnju stijenku solarnog staklenika za formiranje vodenog zidnog sustava za pohranu topline za pohranjivanje topline i podizanje temperature, koji se uglavnom sastoji od bazena (32 m³), ploča za prikupljanje svjetla (360m²), pumpa za vodu, cijev za vodu i regulator.Fleksibilni termoizolacijski poplun zamijenjen je novim laganim čeličnim pločastim materijalom u boji kamene vune na vrhu.Istraživanje pokazuje da ovaj dizajn učinkovito rješava problem zabata koji blokiraju svjetlost i povećava prostor za ulazak svjetla u staklenik.Kut osvjetljenja staklenika je 41,5°, što je gotovo 16° više nego u kontrolnom stakleniku, čime se poboljšava stupanj osvjetljenja.Raspodjela unutarnje temperature je ujednačena, a biljke uredno rastu.Staklenik ima prednosti poboljšanja učinkovitosti korištenja zemljišta, fleksibilnog projektiranja veličine staklenika i skraćivanja razdoblja izgradnje, što je od velike važnosti za zaštitu resursa kultiviranih zemljišta i okoliša.

Fotonaponski staklenik

Poljoprivredni staklenik je staklenik koji integrira solarnu fotonaponsku proizvodnju energije, inteligentnu kontrolu temperature i modernu visokotehnološku sadnju.Ima okvir od čelične kosti i prekriven je solarnim fotonaponskim modulima kako bi se osigurali zahtjevi za osvjetljenjem fotonaponskih modula za proizvodnju energije i zahtjevi za osvjetljenjem cijelog staklenika.Istosmjerna struja koju stvara solarna energija izravno nadopunjuje svjetlost poljoprivrednih staklenika, izravno podržava normalan rad opreme staklenika, pokreće navodnjavanje vodenih resursa, povećava temperaturu staklenika i potiče brzi rast usjeva.Fotonaponski moduli na ovaj način će utjecati na učinkovitost osvjetljenja krova staklenika, a zatim utjecati na normalan rast povrća u stakleniku.Stoga racionalan raspored fotonaponskih panela na krovu staklenika postaje ključna točka primjene.Poljoprivredni staklenik je proizvod organske kombinacije razgledavanja poljoprivrede i vrtlarstva, a to je inovativna poljoprivredna industrija koja integrira fotonaponsku proizvodnju energije, poljoprivredno razgledavanje, poljoprivredne usjeve, poljoprivrednu tehnologiju, krajobraz i kulturni razvoj.

Inovativni dizajn skupine staklenika s energetskom interakcijom između različitih vrsta staklenika

Guo Wenzhong, istraživač na Pekinškoj akademiji poljoprivrednih i šumarskih znanosti, koristi metodu grijanja prijenosa energije između staklenika za prikupljanje preostale toplinske energije u jednom ili više staklenika za grijanje drugog ili više staklenika.Ovim načinom grijanja ostvaruje se prijenos energije staklenika u vremenu i prostoru, poboljšava učinkovitost iskorištenja preostale toplinske energije staklenika i smanjuje ukupna potrošnja energije za grijanje.Dvije vrste staklenika mogu biti različite vrste staklenika ili iste vrste staklenika za sadnju različitih usjeva, poput staklenika salate i rajčice.Metode prikupljanja topline uglavnom uključuju izdvajanje topline unutarnjeg zraka i izravno presretanje upadnog zračenja.Prikupljanjem sunčeve energije, prisilnom konvekcijom izmjenjivačem topline i prisilnim odvođenjem toplinske pumpe, višak topline u visokoenergetskom stakleniku izvučen je za grijanje staklenika.

rezimirati

Ovi novi solarni staklenici imaju prednosti brze montaže, skraćenog razdoblja izgradnje i poboljšane stope iskorištenosti zemljišta.Stoga je potrebno dodatno istražiti učinkovitost ovih novih staklenika u različitim područjima, te omogućiti široku popularizaciju i primjenu novih staklenika.Istodobno, potrebno je kontinuirano jačati primjenu nove energije i novih materijala u staklenicima, kako bi se osigurala snaga za strukturnu reformu staklenika.

Budućnost i razmišljanje

Tradicionalni staklenici često imaju neke nedostatke, kao što su velika potrošnja energije, niska iskorištenost zemljišta, dugotrajnost i zahtjevnost rada, loša izvedba itd., koji više ne mogu zadovoljiti proizvodne potrebe moderne poljoprivrede i moraju se postupno ukinuti. eliminiran.Stoga je razvojni trend koristiti nove izvore energije kao što su solarna energija, energija biomase, geotermalna energija i energija vjetra, novi materijali za primjenu staklenika i novi dizajni za promicanje strukturne promjene staklenika.Prije svega, novi staklenik pokretan novom energijom i novim materijalima ne bi trebao samo zadovoljiti potrebe mehaniziranog rada, već i uštedjeti energiju, zemlju i troškove.Drugo, potrebno je stalno istraživati ​​učinkovitost novih staklenika u različitim područjima, kako bi se stvorili uvjeti za masovnu popularizaciju staklenika.U budućnosti bismo trebali dalje tragati za novom energijom i novim materijalima prikladnim za primjenu staklenika i pronaći najbolju kombinaciju nove energije, novih materijala i staklenika, kako bismo omogućili izgradnju novog staklenika s niskim troškovima, kratkom konstrukcijom razdoblje, niska potrošnja energije i izvrsne performanse, pomažu u promjeni strukture staklenika i promiču razvoj modernizacije staklenika u Kini.

Iako je primjena nove energije, novih materijala i novih dizajna u izgradnji staklenika neizbježan trend, još uvijek postoje mnogi problemi koje treba proučavati i prevladati: (1) Povećava se cijena izgradnje.U usporedbi s tradicionalnim grijanjem na ugljen, prirodni plin ili naftu, primjena novih energenata i novih materijala je ekološki prihvatljiva i bez zagađenja, ali je značajno povećana cijena izgradnje, što ima određeni utjecaj na investicijski povrat proizvodnje i poslovanja. .U usporedbi s korištenjem energije, trošak novih materijala bit će značajno povećan.(2) Nestabilno iskorištenje toplinske energije.Najveća prednost korištenja nove energije su niski pogonski troškovi i niska emisija ugljičnog dioksida, no opskrba energijom i toplinom je nestabilna, a oblačni dani postaju najveći ograničavajući čimbenik u korištenju sunčeve energije.U procesu proizvodnje topline biomase fermentacijom, učinkovito korištenje ove energije ograničeno je problemima niske toplinske energije fermentacije, teškog upravljanja i kontrole te velikog skladišnog prostora za transport sirovina.(3) Tehnološka zrelost.Te tehnologije koje koriste nova energija i novi materijali su napredna istraživačka i tehnološka dostignuća, a njihovo područje primjene i opseg još uvijek su prilično ograničeni.Nisu prošli puno puta, mnoga mjesta i široku praktičnu provjeru, a neizbježno postoje neki nedostaci i tehnički sadržaji koje treba poboljšati u primjeni.Korisnici često negiraju napredak tehnologije zbog manjih nedostataka.(4) Stopa penetracije tehnologije je niska.Široka primjena nekog znanstveno-tehnološkog dostignuća zahtijeva i određenu popularnost.Trenutačno su nova energija, nova tehnologija i nova tehnologija projektiranja staklenika sve u timu znanstveno-istraživačkih centara na sveučilištima s određenim inovacijskim sposobnostima, a većina tehničkih zahtjeva ili dizajnera još uvijek ne zna;Istodobno, popularizacija i primjena novih tehnologija još uvijek je prilično ograničena jer je temeljna oprema novih tehnologija patentirana.(5) Potrebno je dodatno ojačati integraciju nove energije, novih materijala i konstrukcije staklenika.Budući da energija, materijali i projektiranje staklenika pripadaju trima različitim disciplinama, talentima s iskustvom u dizajnu staklenika često nedostaje istraživanja o energiji i materijalima povezanim sa staklenicima, i obrnuto;Stoga istraživači koji se bave istraživanjem energije i materijala moraju pojačati istraživanje i razumijevanje stvarnih potreba razvoja stakleničke industrije, a dizajneri konstrukcija također bi trebali proučavati nove materijale i novu energiju kako bi promicali duboku integraciju triju odnosa, kako bi se postiglo cilj praktične tehnologije istraživanja staklenika, niske cijene izgradnje i dobar učinak korištenja.Na temelju navedenih problema predlaže se državi, jedinicama lokalne samouprave i znanstveno-istraživačkim centrima intenziviranje tehničkih istraživanja, provođenje dubinskih zajedničkih istraživanja, jačanje javnosti znanstvenih i tehnoloških dostignuća, unaprjeđenje popularizacije dostignuća te što brža realizacija cilj nove energije i novih materijala za pomoć novom razvoju stakleničke industrije.

Citirane informacije

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nova energija, novi materijali i novi dizajn pomažu novoj revoluciji staklenika [J].Povrće, 2022,(10):1-8.