Tehnologija poljoprivrednog inženjerstva u stakleničkom hortikulturnom sektoru objavljeno u Pekingu 2022-12-02 17:30

Razvoj solarnih staklenika u neobrađenim područjima poput pustinje, Gobija i pjeskovitog zemljišta učinkovito je riješio kontradikciju između hrane i povrća koje se natječu za zemljište. To je jedan od odlučujućih čimbenika okoliša za rast i razvoj temperaturnih usjeva, koji često određuje uspjeh ili neuspjeh proizvodnje usjeva u staklenicima. Stoga, da bismo razvili solarne staklenike u neobrađenim područjima, prvo moramo riješiti problem temperature okoliša u staklenicima. U ovom članku sažete su metode kontrole temperature korištene u neobrađenim staklenicima posljednjih godina, te su analizirani i sažeti postojeći problemi i smjer razvoja temperature i zaštite okoliša u solarnim staklenicima na neobrađenom zemljištu.

Kina ima veliku populaciju i manje raspoloživih zemljišnih resursa. Više od 85% zemljišnih resursa su neobrađeni zemljišni resursi, koji su uglavnom koncentrirani na sjeverozapadu Kine. Dokument br. 1 Središnjeg komiteta iz 2022. godine istaknuo je da bi razvoj komunalne poljoprivrede trebalo ubrzati te da bi, na temelju zaštite ekološkog okoliša, trebalo istražiti iskoristivo neizgrađeno zemljište i pustoš kako bi se razvila komunalna poljoprivreda. Sjeverozapadna Kina bogata je pustinjskim, pustinjskim i drugim neobrađenim zemljišnim resursima te prirodnim svjetlosnim i toplinskim resursima, koji su pogodni za razvoj komunalne poljoprivrede. Stoga je razvoj i korištenje neobrađenih zemljišnih resursa za razvoj neobrađenih staklenika od velikog strateškog značaja za osiguravanje nacionalne sigurnosti hrane i ublažavanje sukoba oko korištenja zemljišta.

Trenutno su neobrađeni solarni staklenici glavni oblik visokoučinkovitog poljoprivrednog razvoja na neobrađenom zemljištu. Na sjeverozapadu Kine, temperaturna razlika između dana i noći je velika, a noćna temperatura zimi je niska, što često dovodi do pojave da je unutarnja minimalna temperatura niža od temperature potrebne za normalan rast i razvoj usjeva. Temperatura je jedan od neizostavnih okolišnih čimbenika za rast i razvoj usjeva. Preniska temperatura usporit će fiziološke i biokemijske reakcije usjeva i usporiti njihov rast i razvoj. Kada je temperatura niža od granice koju usjevi mogu podnijeti, to će čak dovesti do ozljeda od smrzavanja. Stoga je posebno važno osigurati temperaturu potrebnu za normalan rast i razvoj usjeva. Održavanje odgovarajuće temperature solarnog staklenika nije jednokratna mjera. To se mora osigurati s aspekta dizajna staklenika, izgradnje, odabira materijala, regulacije i svakodnevnog upravljanja. Stoga će ovaj članak sažeti status istraživanja i napredak kontrole temperature neobrađenih staklenika u Kini posljednjih godina s aspekata projektiranja i izgradnje staklenika, mjera očuvanja topline i zagrijavanja te upravljanja okolišem, kako bi se pružila sustavna referenca za racionalno projektiranje i upravljanje neobrađenim staklenicima.

Struktura i materijali staklenika

Toplinski okoliš staklenika uglavnom ovisi o kapacitetu prijenosa, presretanja i pohrane sunčevog zračenja staklenika, što je povezano s razumnim dizajnom orijentacije staklenika, oblikom i materijalom površine koja propušta svjetlost, strukturom i materijalom zidova i stražnjeg krova, izolacijom temelja, veličinom staklenika, načinom noćne izolacije i materijalom prednjeg krova itd., a također se odnosi i na to može li proces izgradnje staklenika osigurati učinkovito ostvarenje projektnih zahtjeva.

Kapacitet prijenosa svjetlosti prednjeg krova

Glavna energija u stakleniku dolazi od sunca. Povećanje kapaciteta prijenosa svjetlosti prednjeg krova korisno je za staklenik kako bi dobio više topline, a također je važan temelj za osiguranje temperaturnog okruženja staklenika zimi. Trenutno postoje tri glavne metode za povećanje kapaciteta prijenosa svjetlosti i vremena prijema svjetlosti prednjeg krova staklenika.

01 dizajn razumne orijentacije i azimuta staklenika

Orijentacija staklenika utječe na svjetlosne performanse staklenika i kapacitet pohrane topline. Stoga, kako bi se postiglo više pohrane topline u stakleniku, orijentacija neobrađenih staklenika u sjeverozapadnoj Kini je okrenuta prema jugu. Za specifični azimut staklenika, pri odabiru smjera jug-istok, korisno je "zgrabiti sunce", a unutarnja temperatura brzo raste ujutro; kada se odabere smjer jug-zapad, korisno je za staklenik koristiti popodnevnu svjetlost. Južni smjer je kompromis između gore navedene dvije situacije. Prema geofizičkim spoznajama, Zemlja se okrene za 360° u jednom danu, a azimut Sunca pomiče se za oko 1° svake 4 minute. Stoga, svaki put kada se azimut staklenika razlikuje za 1°, vrijeme izravne sunčeve svjetlosti razlikovat će se za oko 4 minute, odnosno azimut staklenika utječe na vrijeme kada staklenik vidi svjetlo ujutro i navečer.

Kada su jutarnji i popodnevni svjetlosni sati jednaki, a istok ili zapad pod istim kutom, staklenik će dobiti isti broj svjetlosnih sati. Međutim, za područje sjeverno od 37° sjeverne geografske širine, temperatura je niska ujutro, a vrijeme otkrivanja pokrivača je kasno, dok je temperatura relativno visoka poslijepodne i navečer, pa je prikladno odgoditi vrijeme zatvaranja toplinsko-izolacijskog pokrivača. Stoga bi ta područja trebala odabrati smjer jug-zapad i u potpunosti iskoristiti popodnevnu svjetlost. Za područja s 30°~35° sjeverne geografske širine, zbog boljih uvjeta osvjetljenja ujutro, vrijeme očuvanja topline i otkrivanja pokrivača također se može pomaknuti. Stoga bi ta područja trebala odabrati smjer jug-istok kako bi se nastojalo osigurati više jutarnjeg sunčevog zračenja za staklenik. Međutim, u području od 35°~37° sjeverne geografske širine, mala je razlika u sunčevom zračenju ujutro i poslijepodne, pa je bolje odabrati smjer prema jugu. Bilo da se radi o jugoistoku ili jugozapadu, kut odstupanja općenito je 5° ~ 8°, a maksimalni ne smije prelaziti 10°. Sjeverozapadna Kina leži u rasponu od 37° do 50° sjeverne geografske širine, pa je azimutni kut staklenika općenito od juga prema zapadu. S obzirom na to, staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je dizajnirao Zhang Jingshe itd. u području Taiyuana odabrao je orijentaciju od 5° zapadno od juga, staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je izgradio Chang Meimei itd. u području Gobija u koridoru Hexi usvojio je orijentaciju od 5° do 10° zapadno od juga, a staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je izgradio Ma Zhigui itd. u sjevernom Xinjiangu usvojio je orijentaciju od 8° zapadno od juga.

02 Dizajnirajte razuman oblik prednjeg krova i kut nagiba

Oblik i nagib prednjeg krova određuju kut upada sunčevih zraka. Što je kut upada manji, to je veća propusnost svjetlosti. Sun Juren smatra da oblik prednjeg krova uglavnom određuje omjer duljine glavne rasvjetne površine i stražnjeg nagiba. Dugi prednji nagib i kratki stražnji nagib korisni su za osvjetljenje i očuvanje topline prednjeg krova. Chen Wei-Qian i drugi smatraju da glavni rasvjetni krov solarnih staklenika koji se koristi u području Gobija ima kružni luk s radijusom od 4,5 m, što može učinkovito odoljeti hladnoći. Zhang Jingshe i drugi smatraju da je prikladnije koristiti polukružni luk na prednjem krovu staklenika u alpskim i područjima visokih geografskih širina. Što se tiče kuta nagiba prednjeg krova, prema karakteristikama propusnosti svjetlosti plastične folije, kada je kut upada 0 ~ 40°, reflektivnost prednjeg krova na sunčevu svjetlost je mala, a kada prelazi 40°, reflektivnost se značajno povećava. Stoga se za izračun kuta nagiba prednjeg krova uzima 40°, tako da čak i za zimskog solsticija sunčevo zračenje može maksimalno ući u staklenik. Stoga su He Bin i drugi, prilikom projektiranja solarnog staklenika pogodnog za neobrađena područja u Wuhaiju, Unutarnjoj Mongoliji, izračunali kut nagiba prednjeg krova s ​​kutom upada od 40° i smatrali da, sve dok je veći od 30°, može zadovoljiti zahtjeve osvjetljenja staklenika i očuvanja topline. Zhang Caihong i drugi smatraju da je prilikom izgradnje staklenika u neobrađenim područjima Xinjianga kut nagiba prednjeg krova staklenika u južnom Xinjiangu 31°, dok je u sjevernom Xinjiangu 32°~33,5°.

03 Odaberite prikladne prozirne pokrivne materijale.

Osim utjecaja vanjskih uvjeta sunčevog zračenja, materijal i karakteristike prijenosa svjetlosti stakleničke folije također su važni čimbenici koji utječu na svjetlosno i toplinsko okruženje staklenika. Trenutno se prijenos svjetlosti plastičnih folija poput PE, PVC, EVA i PO razlikuje zbog različitih materijala i debljina folije. Općenito govoreći, prijenos svjetlosti folija koje se koriste 1-3 godine može se jamčiti iznad 88% u cjelini, što treba odabrati prema potrebama usjeva za svjetlošću i temperaturom. Osim prijenosa svjetlosti u stakleniku, raspodjela svjetlosnog okruženja u stakleniku također je čimbenik kojem ljudi posvećuju sve više pažnje. Stoga je posljednjih godina materijal za prekrivanje prijenosom svjetlosti s poboljšanim raspršivanjem svjetlosti visoko prepoznat u industriji, posebno u područjima s jakim sunčevim zračenjem na sjeverozapadu Kine. Primjena folije s poboljšanim raspršivanjem svjetlosti smanjila je učinak sjenčanja na gornjem i donjem dijelu krošnje usjeva, povećala svjetlost u srednjem i donjem dijelu krošnje usjeva, poboljšala fotosintetske karakteristike cijelog usjeva i pokazala dobar učinak poticanja rasta i povećanja proizvodnje.

Razuman dizajn veličine staklenika

Duljina staklenika je prevelika ili prekratka, što će utjecati na kontrolu unutarnje temperature. Kada je duljina staklenika prekratka, prije izlaska i zalaska sunca, područje zasjenjeno istočnim i zapadnim zabatima je veliko, što ne pogoduje zagrijavanju staklenika, a zbog malog volumena utjecat će na apsorpciju i oslobađanje topline unutarnjeg tla i zida. Kada je duljina prevelika, teško je kontrolirati unutarnju temperaturu, a to će utjecati na čvrstoću konstrukcije staklenika i konfiguraciju mehanizma za namatanje prekrivača za očuvanje topline. Visina i raspon staklenika izravno utječu na dnevno osvjetljenje prednjeg krova, veličinu prostora staklenika i omjer izolacije. Kada su raspon i duljina staklenika fiksni, povećanje visine staklenika može povećati kut osvjetljenja prednjeg krova s ​​gledišta svjetlosnog okruženja, što pogoduje prijenosu svjetlosti; S gledišta toplinskog okruženja, visina zida se povećava, a povećava se i površina pohrane topline stražnjeg zida, što je korisno za pohranu i oslobađanje topline stražnjeg zida. Štoviše, prostor je velik, toplinski kapacitet je također velik, a toplinsko okruženje staklenika je stabilnije. Naravno, povećanje visine staklenika povećat će troškove staklenika, što zahtijeva sveobuhvatno razmatranje. Stoga bismo prilikom projektiranja staklenika trebali odabrati razumnu duljinu, raspon i visinu prema lokalnim uvjetima. Na primjer, Zhang Caihong i drugi smatraju da je u sjevernom Xinjiangu duljina staklenika 50~80 m, raspon 7 m, a visina 3,9 m, dok je u južnom Xinjiangu duljina staklenika 50~80 m, raspon 8 m, a visina 3,6~4,0 m; Također se smatra da raspon staklenika ne smije biti manji od 7 m, a kada je raspon 8 m, učinak očuvanja topline je najbolji. Osim toga, Chen Weiqian i drugi smatraju da bi duljina, raspon i visina solarnog staklenika trebale biti 80 m, 8~10 m i 3,8~4,2 m respektivno kada se gradi u području Gobi u Jiuquanu, Gansu.

Poboljšajte skladištenje topline i izolacijski kapacitet zida

Tijekom dana, zid akumulira toplinu apsorbirajući sunčevo zračenje i toplinu dijela unutarnjeg zraka. Noću, kada je unutarnja temperatura niža od temperature zida, zid će pasivno otpuštati toplinu za grijanje staklenika. Kao glavno tijelo za pohranu topline staklenika, zid može značajno poboljšati unutarnju noćnu temperaturu okoliša poboljšavajući svoj kapacitet pohrane topline. Istovremeno, funkcija toplinske izolacije zida osnova je za stabilnost toplinskog okruženja staklenika. Trenutno postoji nekoliko metoda za poboljšanje kapaciteta pohrane topline i izolacijskog kapaciteta zidova.

01 dizajn razumne zidne strukture

Funkcija zida uglavnom uključuje pohranu i očuvanje topline, a istovremeno većina zidova staklenika služi i kao nosivi elementi za podupiranje krovne rešetke. S gledišta postizanja dobrog toplinskog okruženja, razumna zidna konstrukcija trebala bi imati dovoljan kapacitet pohrane topline na unutarnjoj strani i dovoljan kapacitet očuvanja topline na vanjskoj strani, uz smanjenje nepotrebnih hladnih mostova. U istraživanju pohrane topline i izolacije zidova, Bao Encai i drugi projektirali su pasivni zid za pohranu topline od očvrslog pijeska u pustinjskom području Wuhai u Unutarnjoj Mongoliji. Porozna opeka korištena je kao izolacijski sloj s vanjske strane, a očvrsli pijesak kao sloj za pohranu topline s unutarnje strane. Ispitivanje je pokazalo da unutarnja temperatura može doseći 13,7 ℃ u sunčanim danima. Ma Yuehong i drugi projektirali su kompozitni zid od blokova morta od pšeničnih ljuski u sjevernom Xinjiangu, u kojem se živo vapno puni u blokove morta kao sloj za pohranu topline, a vreće troske slažu se vani kao izolacijski sloj. Šuplji zid od blokova koji je projektirao Zhao Peng i drugi u području Gobi u pokrajini Gansu, koristi benzenske ploče debljine 100 mm kao izolacijski sloj s vanjske strane, a pijesak i šuplje blokove kao sloj za pohranu topline s unutarnje strane. Ispitivanje pokazuje da je prosječna temperatura zimi noću iznad 10℃, a Chai Regeneration i drugi također koriste pijesak i šljunak kao izolacijski sloj i sloj za pohranu topline zida u području Gobi u pokrajini Gansu. U smislu smanjenja hladnih mostova, Yan Junyue i drugi projektirali su lagani i pojednostavljeni sastavljeni stražnji zid, koji je ne samo poboljšao toplinsku otpornost zida, već je i poboljšao svojstvo brtvljenja zida lijepljenjem polistirenske ploče na vanjsku stranu stražnjeg zida; Wu Letian i drugi postavili su armiranobetonsku prstenastu gredu iznad temelja zida staklenika i koristili trapezoidno utiskivanje opeke neposredno iznad prstenaste grede za podupiranje stražnjeg krova, što je riješilo problem lakog nastanka pukotina i slijeganja temelja u staklenicima u Hotianu, Xinjiang, što utječe na toplinsku izolaciju staklenika.

02 Odaberite prikladne materijale za pohranu topline i izolaciju.

Učinak pohrane topline i izolacije zida prvenstveno ovisi o odabiru materijala. U sjeverozapadnoj pustinji, Gobi, pjeskovitom tlu i drugim područjima, istraživači su, ovisno o uvjetima na lokaciji, koristili lokalne materijale i poduzeli smjele pokušaje dizajniranja mnogih različitih vrsta stražnjih zidova solarnih staklenika. Na primjer, kada su Zhang Guosen i drugi gradili staklenike u poljima pijeska i šljunka u Gansuu, pijesak i šljunak korišteni su kao slojevi za pohranu topline i izolaciju zidova; Prema karakteristikama pustinje Gobi i sjeverozapadne Kine, Zhao Peng je dizajnirao vrstu zida od šupljih blokova s ​​pješčenjakom i šupljim blokovima kao materijalima. Ispitivanje pokazuje da je prosječna unutarnja noćna temperatura iznad 10 ℃. S obzirom na nedostatak građevinskih materijala poput opeke i gline u regiji Gobi na sjeverozapadu Kine, Zhou Changji i drugi su otkrili da lokalni staklenici obično koriste šljunak kao materijal za zidove prilikom istraživanja solarnih staklenika u regiji Gobi u Kizilsu Kirgiz, Xinjiang. S obzirom na toplinske performanse i mehaničku čvrstoću šljunka, staklenik izgrađen od šljunka ima dobre performanse u smislu očuvanja topline, pohrane topline i nosivosti. Slično tome, Zhang Yong i drugi također koriste šljunak kao glavni materijal zida te su u Shanxiju i drugim mjestima dizajnirali neovisni stražnji zid od šljunka za pohranu topline. Ispitivanje pokazuje da je učinak pohrane topline dobar. Zhang i drugi dizajnirali su vrstu zida od pješčenjaka prema karakteristikama sjeverozapadnog područja Gobi, koji može povisiti unutarnju temperaturu za 2,5 ℃. Osim toga, Ma Yuehong i drugi testirali su kapacitet pohrane topline zidova od pijeska ispunjenih blokovima, zidova od blokova i zidova od opeke u Hotianu, Xinjiang. Rezultati su pokazali da zid od pijeska ispunjen blokovima ima najveći kapacitet pohrane topline. Osim toga, kako bi se poboljšale performanse pohrane topline zida, istraživači aktivno razvijaju nove materijale i tehnologije za pohranu topline. Na primjer, Bao Encai predložio je materijal za fazno promjenjivo učvršćivanje, koji se može koristiti za poboljšanje kapaciteta pohrane topline stražnjeg zida solarnog staklenika u sjeverozapadnim neobrađenim područjima. Istraživanjem lokalnih materijala, plast sijena, troska, benzenska ploča i slama također se koriste kao materijali za zidove, ali ti materijali obično imaju samo funkciju očuvanja topline, a ne i kapacitet pohrane topline. Općenito govoreći, zidovi ispunjeni šljunkom i blokovima imaju dobru sposobnost skladištenja topline i izolacije.

03 Odgovarajuće povećajte debljinu stijenke

Obično je toplinski otpor važan pokazatelj za mjerenje toplinske izolacije zida, a faktor koji utječe na toplinski otpor je debljina sloja materijala, osim toplinske vodljivosti materijala. Stoga, na temelju odabira odgovarajućih toplinskih izolacijskih materijala, odgovarajuće povećanje debljine zida može povećati ukupni toplinski otpor zida i smanjiti gubitak topline kroz zid, čime se povećava toplinska izolacija i kapacitet pohrane topline zida i cijelog staklenika. Na primjer, u Gansuu i drugim područjima, prosječna debljina zida od vreća s pijeskom u gradu Zhangye je 2,6 m, dok je debljina zida od morta u gradu Jiuquanu 3,7 m. Što je zid deblji, to je veći njegov kapacitet toplinske izolacije i pohrane topline. Međutim, predebeli zidovi povećat će zauzimanje zemljišta i troškove izgradnje staklenika. Stoga, s gledišta poboljšanja kapaciteta toplinske izolacije, trebali bismo dati prednost odabiru visoko toplinski izolacijskih materijala s niskom toplinskom vodljivošću, poput polistirena, poliuretana i drugih materijala, a zatim odgovarajuće povećati debljinu.

Razuman dizajn stražnjeg krova

Kod projektiranja stražnjeg krova, glavni cilj je spriječiti utjecaj sjenčanja i poboljšati toplinsku izolaciju. Kako bi se smanjio utjecaj sjenčanja na stražnji krov, postavljanje kuta nagiba uglavnom se temelji na činjenici da stražnji krov može primati izravnu sunčevu svjetlost tijekom dana kada se sade i proizvode usjevi. Stoga se kut nagiba stražnjeg krova općenito odabire da bude bolji od lokalnog kuta solarne nadmorske visine zimskog solsticija od 7°~8°. Na primjer, Zhang Caihong i drugi smatraju da prilikom izgradnje solarnih staklenika u područjima Gobi i slano-lužnatih područja u Xinjiangu, projicirana duljina stražnjeg krova iznosi 1,6 m, pa je kut nagiba stražnjeg krova 40° u južnom Xinjiangu i 45° u sjevernom Xinjiangu. Chen Wei-Qian i drugi smatraju da stražnji krov solarnog staklenika u području Jiuquan Gobi treba biti nagnut pod kutom od 40°. Za toplinsku izolaciju stražnjeg krova, toplinsku izolacijsku sposobnost treba osigurati uglavnom odabirom toplinski izolacijskih materijala, potrebnim dizajnom debljine i razumnim preklapanjem toplinski izolacijskih materijala tijekom gradnje.

Smanjite gubitak topline iz tla

Tijekom zimske noći, budući da je temperatura unutarnjeg tla viša od temperature vanjskog tla, toplina unutarnjeg tla prenosit će se na vanjsko provođenjem topline, uzrokujući gubitak topline staklenika. Postoji nekoliko načina za smanjenje gubitka topline tla.

01 izolacija tla

Tlo pravilno tone, izbjegavajući sloj smrznutog tla i koristeći tlo za očuvanje topline. Na primjer, solarni staklenik „1448 s tri materijala i jednim tijelom“ koji je razvila tvrtka Chai Regeneration i drugo neobrađeno zemljište u koridoru Hexi izgrađen je kopanjem od 1 m, učinkovito izbjegavajući sloj smrznutog tla; S obzirom na to da je dubina smrznutog tla u području Turpana 0,8 m, Wang Huamin i drugi predložili su kopanje od 0,8 m kako bi se poboljšao kapacitet toplinske izolacije staklenika. Kada su Zhang Guosen i drugi izgradili stražnji zid solarnog staklenika s dvostrukim lukom i dvostrukom folijom na neobradivom zemljištu, dubina kopanja bila je 1 m. Eksperiment je pokazao da je najniža temperatura noću povećana za 2~3 ℃ u usporedbi s tradicionalnim solarnim staklenikom druge generacije.

02 zaštita temelja od hladnoće

Glavna metoda je kopanje jarka otpornog na hladnoću duž temeljnog dijela prednjeg krova, ispunjavanje toplinskoizolacijskim materijalima ili kontinuirano zakopavanje toplinskoizolacijskih materijala pod zemlju duž temeljnog zida, a sve to ima za cilj smanjenje gubitka topline uzrokovanog prijenosom topline kroz tlo na rubnom dijelu staklenika. Korišteni toplinskoizolacijski materijali uglavnom se temelje na lokalnim uvjetima u sjeverozapadnoj Kini i mogu se nabaviti lokalno, kao što su sijeno, zgura, kamena vuna, polistirenske ploče, kukuruzna slama, konjski gnoj, otpalo lišće, slomljena trava, piljevina, korov, slama itd.

03 folija za malčiranje

Prekrivanjem plastičnom folijom, sunčeva svjetlost može doprijeti do tla kroz plastičnu foliju tijekom dana, a tlo apsorbira toplinu sunca i zagrijava se. Štoviše, plastična folija može blokirati dugovalno zračenje koje se reflektira od tla, čime se smanjuje gubitak zračenja tla i povećava skladištenje topline u tlu. Noću, plastična folija može ometati konvektivnu izmjenu topline između tla i unutarnjeg zraka, čime se smanjuje gubitak topline tla. Istovremeno, plastična folija također može smanjiti gubitak latentne topline uzrokovan isparavanjem vode iz tla. Wei Wenxiang je prekrio staklenik plastičnom folijom na visoravni Qinghai, a eksperiment je pokazao da se temperatura tla može povisiti za oko 1 ℃.

Pojačajte toplinsku izolaciju prednjeg krova

Prednji krov staklenika glavna je površina za odvođenje topline, a izgubljena toplina čini više od 75% ukupnog gubitka topline u stakleniku. Stoga, jačanje toplinske izolacije prednjeg krova staklenika može učinkovito smanjiti gubitak kroz prednji krov i poboljšati zimske temperaturne uvjete u stakleniku. Trenutno postoje tri glavne mjere za poboljšanje toplinske izolacije prednjeg krova.

01 Usvojen je višeslojni prozirni premaz.

Strukturno, korištenje dvoslojne ili troslojne folije kao površine staklenika koja propušta svjetlost može učinkovito poboljšati toplinsku izolaciju staklenika. Na primjer, Zhang Guosen i drugi su dizajnirali solarni staklenik s dvostrukim lukom i dvostrukom folijom u području Gobi u gradu Jiuquanu. Vanjski dio prednjeg krova staklenika izrađen je od EVA folije, a unutrašnjost staklenika izrađena je od PVC folije protiv starenja koja ne kapa. Eksperimenti pokazuju da je, u usporedbi s tradicionalnim solarnim staklenikom druge generacije, učinak toplinske izolacije izvanredan, a najniža noćna temperatura raste u prosjeku za 2~3 ℃. Slično tome, Zhang Jingshe i drugi su također dizajnirali solarni staklenik s dvostrukom folijom za klimatske karakteristike visokih geografskih širina i jakih hladnih područja, što je značajno poboljšalo toplinsku izolaciju staklenika. U usporedbi s kontrolnim staklenikom, noćna temperatura porasla je za 3 ℃. Osim toga, Wu Letian i drugi pokušali su koristiti tri sloja EVA folije debljine 0,1 mm na prednjem krovu solarnog staklenika dizajniranog u pustinjskom području Hetian u Xinjiangu. Višeslojna folija može učinkovito smanjiti gubitak topline prednjeg krova, ali budući da je propusnost svjetlosti jednoslojne folije u osnovi oko 90%, višeslojna folija će prirodno dovesti do slabljenja propusnosti svjetlosti. Stoga je pri odabiru višeslojne propusnosti svjetlosti potrebno uzeti u obzir uvjete osvjetljenja i zahtjeve za osvjetljenjem staklenika.

02 Ojačajte noćnu izolaciju prednjeg krova

Plastična folija se koristi na prednjem krovu kako bi se povećala propusnost svjetlosti tijekom dana, a noću postaje najslabije mjesto u cijelom stakleniku. Stoga je prekrivanje vanjske površine prednjeg krova debelom kompozitnom toplinskom izolacijskom dekom nužna mjera toplinske izolacije za solarne staklenike. Na primjer, u alpskoj regiji Qinghai, Liu Yanjie i drugi koristili su slamnate zavjese i kraft papir kao toplinske izolacijske deke za eksperimente. Rezultati ispitivanja pokazali su da najniža unutarnja temperatura u stakleniku noću može doseći iznad 7,7 ℃. Nadalje, Wei Wenxiang vjeruje da se gubitak topline staklenika može smanjiti za više od 90% korištenjem dvostrukih zavjesa od trave ili kraft papira vanjskih zavjesa od trave za toplinsku izolaciju u ovom području. Osim toga, Zou Ping i drugi koristili su toplinsku izolacijsku deku od recikliranog filca u solarnom stakleniku u regiji Gobi u Xinjiangu, a Chang Meimei i drugi koristili su toplinsku izolacijsku deku od sendvič pamuka u solarnom stakleniku u regiji Gobi u koridoru Hexi. Trenutno se u solarnim staklenicima koriste mnoge vrste toplinski izolacijskih prostirki, ali većina ih je izrađena od iglanog filca, ljepilom raspršenog pamuka, bisernog pamuka itd., s vodootpornim ili anti-aging površinskim slojevima s obje strane. Prema mehanizmu toplinske izolacije toplinski izolacijske prostirke, kako bismo poboljšali njezine toplinske izolacijske performanse, trebali bismo početi s poboljšanjem njezine toplinske otpornosti i smanjenjem koeficijenta prijenosa topline, a glavne mjere su smanjenje toplinske vodljivosti materijala, povećanje debljine slojeva materijala ili povećanje broja slojeva materijala itd. Stoga je trenutno jezgra toplinski izolacijske prostirke s visokim toplinskim izolacijskim performansama često izrađena od višeslojnih kompozitnih materijala. Prema ispitivanju, koeficijent prijenosa topline toplinski izolacijske prostirke s visokim toplinskim izolacijskim performansama trenutno može doseći 0,5 W/(m2℃), što pruža bolje jamstvo za toplinsku izolaciju staklenika u hladnim područjima zimi. Naravno, sjeverozapadno područje je vjetrovito i prašnjavo, a ultraljubičasto zračenje je jako, pa bi površinski sloj toplinske izolacije trebao imati dobre anti-aging performanse.

03 Dodajte unutarnju toplinsku izolacijsku zavjesu.

Iako je prednji krov staklenika na sunčevoj svjetlosti noću prekriven vanjskom toplinskom izolacijskom prekrivačem, što se tiče ostalih konstrukcija cijelog staklenika, prednji krov je i dalje slabo mjesto za cijeli staklenik noću. Stoga je projektni tim „Konstrukcija i tehnologija gradnje staklenika na sjeverozapadnom neobradivom zemljištu“ osmislio jednostavan sustav unutarnje toplinske izolacije (slika 1), čija se struktura sastoji od fiksne unutarnje toplinske izolacijske zavjese na prednjem podnožju i pomične unutarnje toplinske izolacijske zavjese u gornjem prostoru. Gornja pomična toplinska izolacijska zavjesa otvara se i preklapa na stražnjoj stijenci staklenika tijekom dana, što ne utječe na osvjetljenje staklenika; fiksna toplinska izolacijska prekrivač na dnu igra ulogu brtvljenja noću. Dizajn unutarnje izolacije je uredan i jednostavan za rukovanje, a ljeti može igrati i ulogu sjene i hlađenja.

Tehnologija aktivnog zagrijavanja

Zbog niskih zimskih temperatura na sjeverozapadu Kine, čak i ako se oslanjamo samo na očuvanje i skladištenje topline u staklenicima, i dalje ne možemo zadovoljiti potrebe prezimljavanja usjeva u nekim hladnim vremenskim uvjetima, pa su potrebne i neke mjere aktivnog zagrijavanja.

Sustav za pohranu solarne energije i oslobađanje topline

Važan je razlog zašto zid ima funkcije očuvanja topline, pohrane topline i nošenja opterećenja, što dovodi do visokih troškova izgradnje i niske stope iskorištenosti zemljišta solarnih staklenika. Stoga će pojednostavljenje i montaža solarnih staklenika zasigurno biti važan smjer razvoja u budućnosti. Među njima, pojednostavljenje funkcije zida je oslobađanje funkcije pohrane i oslobađanja topline zida, tako da stražnji zid nosi samo funkciju očuvanja topline, što je učinkovit način pojednostavljenja razvoja. Na primjer, Fang Huijev aktivni sustav za pohranu i oslobađanje topline (slika 2) široko se koristi u neobrađenim područjima kao što su Gansu, Ningxia i Xinjiang. Njegov uređaj za prikupljanje topline obješen je na sjevernom zidu. Tijekom dana, toplina koju prikuplja uređaj za prikupljanje topline pohranjuje se u tijelu za pohranu topline cirkulacijom medija za pohranu topline, a noću se toplina oslobađa i zagrijava cirkulacijom medija za pohranu topline, čime se ostvaruje prijenos topline u vremenu i prostoru. Eksperimenti pokazuju da se minimalna temperatura u stakleniku može povisiti za 3~5 ℃ korištenjem ovog uređaja. Wang Zhiwei i drugi predložili su sustav grijanja vodenom zavjesom za solarne staklenike u južnom pustinjskom području Xinjianga, koji može povećati temperaturu staklenika za 2,1 ℃ noću.

Osim toga, Bao Encai i drugi su projektirali aktivni sustav cirkulacije pohrane topline za sjeverni zid. Tijekom dana, cirkulacijom aksijalnih ventilatora, vrući zrak iznutra struji kroz kanal za prijenos topline ugrađen u sjeverni zid, a kanal za prijenos topline izmjenjuje toplinu sa slojem za pohranu topline unutar zida, što značajno poboljšava kapacitet pohrane topline zida. Osim toga, solarni sustav za pohranu topline s promjenom faze koji je dizajnirao Yan Yantao i drugi pohranjuje toplinu u materijalima s promjenom faze putem solarnih kolektora tijekom dana, a zatim je noću raspršuje u unutarnji zrak cirkulacijom zraka, što noću može povećati prosječnu temperaturu za 2,0 ℃. Gore navedene tehnologije i oprema za korištenje solarne energije imaju karakteristike ekonomičnosti, uštede energije i niskog udjela ugljika. Nakon optimizacije i poboljšanja, trebali bi imati dobar izgled za primjenu u područjima s obilnim resursima solarne energije u sjeverozapadnoj Kini.

Druge pomoćne tehnologije grijanja

01 grijanje na biomasu

Prostirka, slama, kravlji gnoj, ovčji gnoj i peradi pomiješaju se s biološkim bakterijama i zakopavaju u tlo u stakleniku. Tijekom procesa fermentacije stvara se puno topline, a tijekom procesa fermentacije stvara se i mnogo korisnih sojeva, organske tvari i CO2. Korisni sojevi mogu inhibirati i ubiti razne klice te smanjiti pojavu bolesti i štetnika u stakleniku; organska tvar može postati gnojivo za usjeve; proizvedeni CO2 može poboljšati fotosintezu usjeva. Na primjer, Wei Wenxiang je zakopao vruća organska gnojiva poput konjskog gnoja, kravljeg gnoja i ovčjeg gnoja u unutarnje tlo u solarnom stakleniku na visoravni Qinghai, što je učinkovito podiglo temperaturu tla. U solarnom stakleniku u pustinjskom području Gansu, Zhou Zhilong je koristio slamu i organsko gnojivo za fermentaciju između usjeva. Test je pokazao da se temperatura staklenika može povećati za 2~3 ℃.

02 grijanje na ugljen

Postoje umjetne peći, bojleri koji štede energiju i grijanje. Na primjer, nakon istraživanja na visoravni Qinghai, Wei Wenxiang je otkrio da se umjetno grijanje pećima uglavnom koristi lokalno. Ova metoda grijanja ima prednosti bržeg zagrijavanja i očitog učinka grijanja. Međutim, u procesu izgaranja ugljena nastaju štetni plinovi poput SO2, CO i H2S, stoga je potrebno dobro ispustiti štetne plinove.

03 električno grijanje

Za grijanje prednjeg krova staklenika koristite električnu grijaću žicu ili električni grijač. Učinak grijanja je izvanredan, upotreba je sigurna, u stakleniku se ne stvaraju zagađivači, a oprema za grijanje je jednostavna za upravljanje. Chen Weiqian i drugi smatraju da problem smrzavanja zimi u području Jiuquana ometa razvoj lokalne poljoprivrede Gobija te da se za grijanje staklenika mogu koristiti električni grijaći elementi. Međutim, zbog korištenja visokokvalitetnih izvora električne energije, potrošnja energije je velika, a troškovi visoki. Predlaže se da se koristi kao privremeno sredstvo hitnog grijanja u ekstremno hladnim vremenskim uvjetima.

Mjere upravljanja okolišem

U procesu proizvodnje i korištenja staklenika, cjelokupna oprema i normalan rad ne mogu učinkovito osigurati da toplinsko okruženje zadovoljava projektne zahtjeve. Zapravo, korištenje i upravljanje opremom često igraju ključnu ulogu u stvaranju i održavanju toplinskog okruženja, a najvažnije od svega je svakodnevno upravljanje toplinskom izolacijom i ventilacijskim otvorima.

Upravljanje toplinsko-izolacijskim prošivenim slojem

Toplinsko-izolacijska deka ključna je za noćnu toplinsku izolaciju prednjeg krova, stoga je izuzetno važno poboljšati njezino svakodnevno upravljanje i održavanje, posebno treba obratiti pozornost na sljedeće probleme: ① Odaberite odgovarajuće vrijeme otvaranja i zatvaranja toplinsko-izolacijske deke. Vrijeme otvaranja i zatvaranja toplinsko-izolacijske deke ne utječe samo na vrijeme osvjetljenja staklenika, već utječe i na proces grijanja u stakleniku. Prerano ili prekasno otvaranje i zatvaranje toplinsko-izolacijske deke ne pogoduje skupljanju topline. Ujutro, ako se deka prerano otkrije, unutarnja temperatura će previše pasti zbog niske vanjske temperature i slabog svjetla. Naprotiv, ako se deka otkrije prekasno, vrijeme prijema svjetla u staklenik će se skratiti, a vrijeme porasta unutarnje temperature će se odgoditi. Poslijepodne, ako se toplinsko-izolacijska deka prerano isključi, vrijeme izloženosti unutarnjem prostoru će se skratiti, a smanjenje skladištenja topline unutarnjeg tla i zidova će se smanjiti. Naprotiv, ako se očuvanje topline isključi prekasno, odvođenje topline staklenika će se povećati zbog niske vanjske temperature i slabog svjetla. Stoga, općenito govoreći, kada se toplinska izolacija ujutro uključi, preporučljivo je da temperatura poraste nakon pada od 1~2℃, dok se kada se toplinska izolacija isključi, preporučljivo je da temperatura poraste nakon pada od 1~2℃. ② Prilikom zatvaranja toplinske izolacije obratite pozornost na to pokriva li toplinska izolacija čvrsto sve prednje krovove i na vrijeme ih prilagodite ako postoji razmak. ③ Nakon što je toplinska izolacija potpuno postavljena, provjerite je li donji dio zbijen kako biste spriječili da vjetar noću podigne učinak očuvanja topline. ④ Pravovremeno provjeravajte i održavajte toplinsku izolaciju, posebno ako je oštećena, popravite je ili zamijenite na vrijeme. ⑤ Pravovremeno obratite pozornost na vremenske uvjete. Kada pada kiša ili snijeg, na vrijeme prekrijte toplinsku izolaciju i na vrijeme uklonite snijeg.

Upravljanje ventilacijskim otvorima

Svrha ventilacije zimi je podešavanje temperature zraka kako bi se izbjegla pretjerana temperatura oko podneva; druga je uklanjanje unutarnje vlage, smanjenje vlažnosti zraka u stakleniku i suzbijanje štetnika i bolesti; treća je povećanje koncentracije CO2 u zatvorenom prostoru i poticanje rasta usjeva. Međutim, ventilacija i očuvanje topline su kontradiktorni. Ako se ventilacijom ne upravlja pravilno, vjerojatno će doći do problema s niskim temperaturama. Stoga se vrijeme i trajanje otvaranja otvora mora dinamički prilagođavati prema uvjetima okoline u stakleniku u bilo kojem trenutku. U sjeverozapadnim neobrađenim područjima upravljanje otvorima staklenika uglavnom se dijeli na dva načina: ručno upravljanje i jednostavna mehanička ventilacija. Međutim, vrijeme otvaranja i vrijeme ventilacije otvora uglavnom se temelje na subjektivnoj procjeni ljudi, pa se može dogoditi da se otvori otvore prerano ili prekasno. Kako bi riješili gore navedene probleme, Yin Yilei i drugi su dizajnirali inteligentni krovni ventilacijski uređaj koji može odrediti vrijeme otvaranja i veličinu otvaranja i zatvaranja ventilacijskih otvora prema promjenama unutarnjeg okruženja. S produbljivanjem istraživanja zakona promjena okoliša i potražnje za usjevima, kao i popularizacijom i napretkom tehnologija i opreme poput percepcije okoliša, prikupljanja informacija, analize i kontrole, automatizacija upravljanja ventilacijom u solarnim staklenicima trebala bi biti važan smjer razvoja u budućnosti.

Druge mjere upravljanja

Tijekom korištenja različitih vrsta folija za zaštitu od svjetlosti, njihova sposobnost prijenosa svjetlosti postupno će slabiti, a brzina slabljenja nije povezana samo s njihovim fizičkim svojstvima, već i s okolnim okruženjem i upravljanjem tijekom upotrebe. Tijekom korištenja, najvažniji faktor koji dovodi do smanjenja performansi prijenosa svjetlosti je onečišćenje površine folije. Stoga je izuzetno važno redovito čistiti i čistiti kada uvjeti to dopuštaju. Osim toga, treba redovito provjeravati konstrukciju zatvorenog prostora staklenika. Kada dođe do curenja u zidu i prednjem krovu, treba ga na vrijeme popraviti kako bi se spriječilo da staklenik bude pogođen prodiranjem hladnog zraka.

Postojeći problemi i smjer razvoja

Istraživači su dugi niz godina istraživali i proučavali tehnologiju očuvanja i skladištenja topline, tehnologiju upravljanja i metode zagrijavanja staklenika u neobrađenim područjima sjeverozapadne Kine, što je u osnovi ostvarilo prezimljujuću proizvodnju povrća, uvelike poboljšalo sposobnost staklenika da se odupre oštećenjima uzrokovanim niskim temperaturama i u osnovi ostvarilo prezimljujuću proizvodnju povrća. To je dalo povijesni doprinos ublažavanju kontradikcije između hrane i povrća koje se natječu za zemljište u Kini. Međutim, još uvijek postoje sljedeći problemi u tehnologiji jamstva temperature u sjeverozapadnoj Kini.

Vrste staklenika koje treba nadograditi

Trenutno su vrste staklenika još uvijek uobičajene one izgrađene krajem 20. stoljeća i početkom ovog stoljeća, s jednostavnom strukturom, nerazumnim dizajnom, lošom sposobnošću održavanja toplinskog okruženja staklenika i otpornosti na prirodne katastrofe te nedostatkom standardizacije. Stoga bi se u budućem dizajnu staklenika oblik i nagib prednjeg krova, azimutni kut staklenika, visina stražnjeg zida, dubina ukopavanja staklenika itd. trebali standardizirati potpunim kombiniranjem lokalnih geografskih širina i klimatskih karakteristika. Istovremeno, u stakleniku se može saditi samo jedna kultura koliko je to moguće, tako da se standardizirano usklađivanje staklenika može provesti prema svjetlosnim i temperaturnim zahtjevima zasađenih kultura.

Razmjeri staklenika su relativno mali.

Ako je veličina staklenika premalena, to će utjecati na stabilnost toplinskog okruženja staklenika i razvoj mehanizacije. S postupnim povećanjem troškova rada, razvoj mehanizacije važan je smjer u budućnosti. Stoga bismo se u budućnosti trebali temeljiti na lokalnoj razini razvoja, uzeti u obzir potrebe razvoja mehanizacije, racionalno dizajnirati unutarnji prostor i raspored staklenika, ubrzati istraživanje i razvoj poljoprivredne opreme prikladne za lokalna područja i poboljšati stopu mehanizacije proizvodnje u staklenicima. Istovremeno, prema potrebama usjeva i obrascima uzgoja, odgovarajuća oprema treba biti usklađena sa standardima, a treba promovirati integrirano istraživanje i razvoj, inovacije i popularizaciju opreme za ventilaciju, smanjenje vlage, očuvanje topline i grijanje.

Debljina zidova poput pijeska i šupljih blokova je i dalje debela.

Ako je zid predebeo, iako je učinak izolacije dobar, smanjit će se iskorištenost tla, povećati troškovi i poteškoće gradnje. Stoga se u budućem razvoju, s jedne strane, debljina zida može znanstveno optimizirati prema lokalnim klimatskim uvjetima; s druge strane, trebali bismo poticati lagan i pojednostavljen razvoj stražnjeg zida, tako da stražnji zid staklenika zadrži samo funkciju očuvanja topline, koristiti solarne kolektore i drugu opremu za zamjenu skladištenja i oslobađanja topline zida. Solarni kolektori imaju karakteristike visoke učinkovitosti prikupljanja topline, snažnog kapaciteta prikupljanja topline, uštede energije, niskog udjela ugljika i tako dalje, a većina njih može ostvariti aktivnu regulaciju i kontrolu te provoditi ciljano egzotermno grijanje prema okolišnim zahtjevima staklenika noću, s većom učinkovitošću korištenja topline.

Potrebno je razviti posebnu toplinsku izolacijsku deku.

Prednji krov je glavno tijelo za odvođenje topline u stakleniku, a toplinska izolacija toplinske izolacije izravno utječe na unutarnje toplinsko okruženje. Trenutno, temperatura u stakleniku u nekim područjima nije dobra, dijelom zato što je toplinska izolacija pretanka, a toplinska izolacija materijala nedovoljna. Istovremeno, toplinska izolacija i dalje ima neke probleme, kao što su slaba vodootpornost i otpornost na skijanje, lako starenje površinskih i jezgrenih materijala itd. Stoga bi u budućnosti trebalo znanstveno odabrati odgovarajuće toplinske izolacijske materijale prema lokalnim klimatskim karakteristikama i zahtjevima, te dizajnirati i razviti posebne toplinske izolacijske proizvode prikladne za lokalnu upotrebu i popularizaciju.

KRAJ

Citirane informacije

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, itd. Status istraživanja tehnologije jamstva temperature okoliša u solarnim staklenicima na neobrađenom zemljištu na sjeverozapadu [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022,42(28):12-20.