Li Jianming, Sun Guotao ir kt.Šiltnamių sodininkystės žemės ūkio inžinerinė technologija2022-11-21 17:42 Paskelbta Pekine

Pastaraisiais metais šiltnamių pramonė buvo energingai plėtojama.Šiltnamio plėtra ne tik pagerina žemės panaudojimą ir žemės ūkio produktų išeigą, bet ir išsprendžia vaisių ir daržovių tiekimo ne sezono metu problemą.Tačiau šiltnamis susidūrė ir su precedento neturinčiais iššūkiais.Originalūs įrenginiai, šildymo būdai ir konstrukcinės formos sukūrė atsparumą aplinkai ir plėtrai.Norint pakeisti šiltnamio struktūrą, skubiai reikia naujų medžiagų ir naujo dizaino, o norint pasiekti energijos taupymo ir aplinkosaugos tikslus, didinti gamybą ir pajamas – skubiai reikalingi nauji energijos šaltiniai.

Šiame straipsnyje aptariama tema „nauja energija, naujos medžiagos, naujas dizainas, padedantis naujai šiltnamių revoliucijai“, įskaitant saulės energijos, biomasės energijos, geoterminės energijos ir kitų naujų energijos šaltinių šiltnamiuose tyrimus ir inovacijas, mokslinius tyrimus ir taikymą. naujų medžiagų, skirtų dangai, šilumos izoliacijai, sienoms ir kitai įrangai, ateities perspektyva ir mąstymas apie naują energiją, naujas medžiagas ir naują dizainą, padėsiantį pertvarkyti šiltnamius, kad būtų galima rasti pramonės informacijos.

Plėtoti infrastruktūros žemės ūkį yra politinis reikalavimas ir neišvengiamas pasirinkimas, siekiant įgyvendinti svarbių nurodymų ir centrinės valdžios sprendimų priėmimo dvasią.2020 m. bendras saugomo žemės ūkio plotas Kinijoje sieks 2,8 mln. hm2, o produkcijos vertė viršys 1 trilijoną juanių.Tai svarbus būdas pagerinti šiltnamių gamybos pajėgumus, siekiant pagerinti šiltnamio apšvietimą ir šilumos izoliacijos efektyvumą, naudojant naują energiją, naujas medžiagas ir naują šiltnamio dizainą.Tradicinėje šiltnamių gamyboje yra daug trūkumų, tokių kaip anglis, mazutas ir kiti energijos šaltiniai, naudojami šildymui ir šildymui tradiciniuose šiltnamiuose, todėl susidaro didelis kiekis dioksido, kuris labai teršia aplinką, o gamtinės dujos, elektros energija ir kt. kiti energijos šaltiniai didina šiltnamių eksploatavimo išlaidas.Tradicinės šiltnamių sienų šilumą kaupiančios medžiagos dažniausiai yra molis ir plytos, kurios sunaudoja daug ir daro didelę žalą žemės ištekliams.Tradicinio saulės šiltnamio su žemės sienele žemės naudojimo efektyvumas yra tik 40–50%, o įprasto šiltnamio šilumos kaupimo pajėgumai yra prasti, todėl šiaurinėje Kinijoje jis negali išgyventi per žiemą, kad galėtų gaminti šiltas daržoves.Todėl šiltnamio efektą sukeliančių pokyčių skatinimo arba pagrindinių mokslinių tyrimų pagrindas yra šiltnamių projektavimas, naujų medžiagų ir naujos energijos tyrimai ir kūrimas.Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys bus skiriamas naujų energijos šaltinių šiltnamiuose tyrimams ir inovacijoms, apibendrinta naujų energijos šaltinių, tokių kaip saulės energija, biomasės energija, geoterminė energija, vėjo energija ir naujos skaidrios dangos medžiagos, termoizoliacinės medžiagos ir sienų medžiagos, tyrimų būklė. šiltnamį, analizuoti naujos energijos ir naujų medžiagų panaudojimą statant naują šiltnamį ir laukti jų vaidmens ateityje plėtojant ir pertvarkant šiltnamį.

Naujos energijos šiltnamio tyrimai ir inovacijos

Žalioji nauja energija, turinti didžiausią žemės ūkio panaudojimo potencialą, apima saulės energiją, geoterminę energiją ir biomasės energiją arba visapusišką įvairių naujų energijos šaltinių panaudojimą, kad būtų galima efektyviai naudoti energiją, mokantis vieni iš kitų stipriųjų pusių.

saulės energija/elektra

Saulės energijos technologija yra mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantis, efektyvus ir tvarus energijos tiekimo būdas ir svarbi strategiškai besiformuojančių Kinijos pramonės šakų dalis.Ateityje tai taps neišvengiamu pasirinkimu keičiant ir atnaujinant Kinijos energetikos struktūrą.Energijos panaudojimo požiūriu pats šiltnamis yra saulės energijos panaudojimo objekto struktūra.Šiltnamio efekto dėka saulės energija surenkama patalpoje, pakeliama šiltnamio temperatūra, suteikiama pasėlių augimui reikalinga šiluma.Pagrindinis šiltnamio efektą sukeliančių augalų fotosintezės energijos šaltinis yra tiesioginė saulės šviesa, kuri yra tiesioginis saulės energijos panaudojimas.

01 Fotovoltinės energijos gamyba šilumai gaminti

Fotovoltinės energijos generavimas yra technologija, kuri tiesiogiai paverčia šviesos energiją į elektros energiją, pagrįsta fotovoltiniu efektu.Pagrindinis šios technologijos elementas yra saulės elementas.Kai saulės energija apšviečia saulės kolektorių masyvą nuosekliai arba lygiagrečiai, puslaidininkiniai komponentai saulės spinduliuotę tiesiogiai paverčia elektros energija.Fotovoltinė technologija gali tiesiogiai paversti šviesos energiją į elektros energiją, kaupti elektrą per baterijas ir šildyti šiltnamį naktį, tačiau didelė kaina riboja tolesnę jos plėtrą.Tyrimo grupė sukūrė fotovoltinį grafeno šildymo įrenginį, kurį sudaro lanksčios fotovoltinės plokštės, viskas viename atvirkštinio valdymo aparatas, akumuliatorius ir grafeno šildymo strypas.Atsižvelgiant į sodinimo linijos ilgį, grafeno šildymo strypas yra palaidotas po substrato maišeliu.Dienos metu fotovoltinės plokštės sugeria saulės spinduliuotę, kad generuotų elektrą ir kauptų ją akumuliatoriuje, o naktį elektra išleidžiama grafeno šildymo strypui.Atliekant faktinį matavimą, taikomas temperatūros valdymo režimas, pradedant nuo 17 ℃ ir baigiant 19 ℃.Veikiant naktį (20:00-08:00 antrą dieną) 8 valandas, vienos eilės augalų šildymui energijos sąnaudos yra 1,24 kW·h, o vidutinė substrato maišo temperatūra naktį yra 19,2 ℃, kuri yra 3,5 ~ 5,3 ℃ aukštesnė nei kontrolinė.Šis šildymo būdas kartu su fotovoltinės energijos gamyba išsprendžia didelio energijos suvartojimo ir didelės taršos šiltnamio šildymui žiemą problemas.

02 fototerminė konversija ir panaudojimas

Saulės fototerminė konversija reiškia specialaus saulės spindulių surinkimo paviršiaus, pagaminto iš fototerminės konversijos medžiagų, naudojimą, siekiant surinkti ir sugerti kuo daugiau į jį spinduliuojamos saulės energijos ir paversti ją šilumos energija.Palyginti su saulės fotovoltinėmis programomis, saulės fototerminės programos padidina beveik infraraudonųjų spindulių juostos sugertį, todėl turi didesnį saulės šviesos energijos panaudojimo efektyvumą, mažesnes sąnaudas ir brandžią technologiją ir yra plačiausiai naudojamas saulės energijos panaudojimo būdas.

Brandžiausia fototerminės konversijos ir panaudojimo technologija Kinijoje yra saulės kolektorius, kurio pagrindinis komponentas yra šilumą sugerianti plokštės šerdis su selektyviąja sugeriančia danga, kuri gali paversti saulės spinduliuotės energiją, praeinančią per dengiančią plokštę, į šilumos energiją ir perduoti. jį į šilumą sugeriančią darbo terpę.Saulės kolektoriai gali būti skirstomi į dvi kategorijas pagal tai, ar kolektoriuje yra vakuuminė erdvė, ar ne: plokštieji saulės kolektoriai ir vakuuminiai vamzdiniai saulės kolektoriai;koncentruojantys saulės kolektoriai ir nekoncentruojantys saulės kolektoriai pagal tai, ar saulės spinduliuotė dienos apšvietimo uoste keičia kryptį;ir skysti saulės kolektoriai bei oriniai saulės kolektoriai pagal šilumą nešančios darbo terpės tipą.

Saulės energijos panaudojimas šiltnamiuose daugiausia vykdomas per įvairių tipų saulės kolektorius.Ibn Zor universitetas Maroke sukūrė aktyvią saulės energijos šildymo sistemą (ASHS), skirtą šiltnamio šildymui, kuri gali padidinti bendrą pomidorų produkciją žiemą 55%.Kinijos žemės ūkio universitetas suprojektavo ir sukūrė paviršinio aušintuvo-ventiliatoriaus surinkimo ir išleidimo sistemos rinkinį, kurio šilumos surinkimo galia yra 390,6–693,0 MJ, ir iškėlė idėją atskirti šilumos surinkimo procesą nuo šilumos kaupimo proceso šilumos siurbliu.Bario universitetas Italijoje sukūrė šiltnamio daugiageneracinio šildymo sistemą, kurią sudaro saulės energijos sistema ir oras-vanduo šilumos siurblys, galinti padidinti oro temperatūrą 3,6%, o dirvožemio temperatūrą - 92%.Tyrimo grupė sukūrė tam tikrą aktyvią saulės šilumos surinkimo įrangą su kintamu nuolydžio kampu saulės šiltnamiui ir atraminį šilumos kaupimo įrenginį šiltnamio vandens telkiniui įvairiomis oro sąlygomis.Aktyvi saulės šilumos surinkimo technologija su kintamu nuolydžiu pramuša tradicinės šiltnamio šilumos surinkimo įrangos apribojimus, tokius kaip ribotas šilumos surinkimo pajėgumas, šešėlis ir dirbamos žemės užėmimas.Naudojant specialią saulės šiltnamio šiltnamio struktūrą, visiškai išnaudojama šiltnamio nesodinimo erdvė, o tai labai pagerina šiltnamio ploto panaudojimo efektyvumą.Įprastomis saulėtomis darbo sąlygomis aktyvi saulės šilumos surinkimo sistema su kintamu nuolydžiu siekia 1,9 MJ/(m2h), energijos panaudojimo efektyvumas siekia 85,1%, o energijos taupymas – 77%.Šiltnamio šilumos kaupimo technologijoje nustatoma kelių fazių kaitos šilumos kaupimo struktūra, padidinama šilumos kaupimo įrenginio šilumos kaupimo talpa ir realizuojamas lėtas šilumos išsiskyrimas iš įrenginio, kad būtų galima efektyviai naudoti šilumos, kurią surenka šiltnamio saulės šilumos surinkimo įranga.

biomasės energija

Sujungiant biomasės šilumos gamybos įrenginį su šiltnamiu statoma nauja įrenginio struktūra, o biomasės žaliavos, tokios kaip kiaulių mėšlas, grybų likučiai ir šiaudai, kompostuojami šilumai gaminti, o pagaminta šilumos energija tiesiogiai tiekiama į šiltnamį [ 5].Palyginti su šiltnamiais be biomasės fermentacijos šildymo bako, šildomas šiltnamis gali efektyviai padidinti žemės temperatūrą šiltnamyje ir palaikyti tinkamą dirvoje auginamų kultūrų šaknų temperatūrą esant normaliam klimatui žiemą.Pavyzdžiui, vieno sluoksnio asimetrinės šilumos izoliacijos šiltnamį, kurio tarpatramis 17 m, o ilgis 30 m, į vidinį fermentacijos rezervuarą įpilkite 8 m žemės ūkio atliekų (pomidorų šiaudų ir kiaulių mėšlo mišinio) natūraliai fermentacijai neapverčiant skardinės. žiemą šiltnamyje vidutinę paros temperatūrą padidinti 4,2 ℃, o vidutinė paros minimali temperatūra gali siekti 4,6 ℃.

Biomasės kontroliuojamos fermentacijos energijos panaudojimas yra fermentacijos metodas, kurio metu naudojami instrumentai ir įranga fermentacijos procesui kontroliuoti, siekiant greitai gauti ir efektyviai panaudoti biomasės šilumos energiją ir CO2 dujines trąšas, tarp kurių vėdinimas ir drėgmė yra pagrindiniai fermentacijos šilumos reguliavimo veiksniai. ir biomasės dujų gamyba.Vėdinamomis sąlygomis aerobiniai mikroorganizmai fermentacijos krūvoje naudoja deguonį gyvybinei veiklai, o dalis pagamintos energijos panaudojama savo gyvenimo veiklai, o dalis energijos išleidžiama į aplinką kaip šilumos energija, kuri yra naudinga temperatūrai. aplinkos kilimas.Vanduo dalyvauja visame fermentacijos procese, aprūpindamas mikrobų veiklai reikalingas tirpias maistines medžiagas, o kartu per vandenį garų pavidalu išskirdamas krūvos šilumą, kad sumažėtų krūvos temperatūra, pailgėtų jo tarnavimo laikas. mikroorganizmus ir padidina krūvos tūrinę temperatūrą.Įrengus šiaudų išplovimo įrenginį fermentacijos rezervuare, žiemą patalpų temperatūra gali padidėti 3–5 ℃, sustiprinti augalų fotosintezę ir padidinti pomidorų derlių 29,6%.

Geotermine energija

Kinija yra turtinga geoterminių išteklių.Šiuo metu žemės ūkio įrenginiams labiausiai paplitęs būdas panaudoti geoterminę energiją yra naudoti žemės šilumos siurblį, kuris gali perkelti žemos kokybės šilumos energiją į aukštos kokybės šilumos energiją, įvesdamas nedidelį kiekį aukštos kokybės energijos (pvz. elektros energija).Skirtingai nuo tradicinių šiltnamio šildymo priemonių, šildymas žemės šilumos siurbliu gali ne tik pasiekti reikšmingą šildymo efektą, bet ir vėsinti šiltnamį bei sumažinti šiltnamio drėgmę.Žemės šilumos siurblio pritaikymo tyrimai būsto statybos srityje yra brandūs.Pagrindinė dalis, turinti įtakos žemės šilumos siurblio šildymo ir vėsinimo pajėgumams, yra požeminis šilumos mainų modulis, kurį daugiausia sudaro palaidoti vamzdžiai, požeminiai šuliniai ir kt. Kaip suprojektuoti požeminę šilumos mainų sistemą su subalansuota kaina ir poveikiu. buvo šios dalies tyrimo tikslas.Tuo pačiu metu požeminio grunto sluoksnio temperatūros pokytis taikant žemės šilumos siurblį turi įtakos ir šilumos siurblio sistemos naudojimo efektui.Žemės šilumos siurblio naudojimas šiltnamio vėsinimui vasarą ir šilumos energijos kaupimui giliame dirvožemio sluoksnyje gali palengvinti požeminio dirvožemio sluoksnio temperatūros kritimą ir pagerinti žemės šilumos siurblio šilumos gamybos efektyvumą žiemą.

Šiuo metu tiriant žemės šilumos siurblio našumą ir efektyvumą, remiantis faktiniais eksperimentiniais duomenimis, su tokia programine įranga kaip TOUGH2 ir TRNSYS yra sudarytas skaitmeninis modelis ir daroma išvada, kad šildymo našumas ir našumo koeficientas (COP) ) žemės šilumos siurblio gali siekti 3,0 ~ 4,5, o tai turi gerą vėsinimo ir šildymo efektą.Tyrinėdami šilumos siurblio sistemos veikimo strategiją, Fu Yunzhun ir kiti nustatė, kad, palyginti su apkrovos pusės srautu, antžeminio šaltinio srautas turi didesnį poveikį įrenginio veikimui ir palaidoto vamzdžio šilumos perdavimo charakteristikoms. .Esant srauto nustatymo sąlygai, maksimali įrenginio COP vertė gali siekti 4,17, pritaikius veikimo schemą veikti 2 valandas ir sustoti 2 valandas;Shi Huixian ir kt.priėmė vandens kaupimo aušinimo sistemos su pertrūkiais veikimo režimą.Vasarą, esant aukštai temperatūrai, visos energijos tiekimo sistemos COP gali siekti 3,80.

Giluminio dirvožemio šilumos kaupimo technologija šiltnamyje

Gilus dirvožemio šilumos kaupimas šiltnamyje dar vadinamas „šilumos kaupimo banku“ šiltnamyje.Šalčio žala žiemą ir aukšta temperatūra vasarą yra pagrindinės kliūtys šiltnamių gamybai.Remdamasi stipriu giluminio dirvožemio šilumos kaupimo pajėgumu, tyrėjų grupė suprojektavo šiltnamio požeminį giluminį šilumos kaupimo įrenginį.Prietaisas yra dviejų sluoksnių lygiagretus šilumos perdavimo vamzdynas, įkastas 1,5–2,5 m gylyje po žeme šiltnamyje, su oro įleidimo anga šiltnamio viršuje ir oro išleidimo anga ant žemės.Kai šiltnamio temperatūra yra aukšta, patalpų oras ventiliatoriumi priverstinai pumpuojamas į žemę, kad būtų galima kaupti šilumą ir sumažinti temperatūrą.Kai šiltnamio temperatūra žema, iš dirvožemio išgaunama šiluma šiltnamiui sušildyti.Gamybos ir taikymo rezultatai rodo, kad prietaisas gali padidinti šiltnamio temperatūrą 2,3 ℃ žiemos naktį, sumažinti patalpų temperatūrą 2,6 ℃ vasaros dieną ir padidinti pomidorų derlių 1500 kg per 667 m.².Prietaisas visiškai išnaudoja „šilta žiemą ir vėsu vasarą“ ir „pastovi temperatūra“ gilaus požeminio dirvožemio savybes, suteikia šiltnamiui „energijos prieigos banką“ ir nuolat atlieka pagalbines šiltnamio vėsinimo ir šildymo funkcijas. .

Kelių energijos koordinavimas

Dviejų ar daugiau energijos rūšių naudojimas šiltnamiui šildyti gali veiksmingai kompensuoti vienos energijos rūšies trūkumus ir sukurti superpozicijos efektą „vienas plius vienas yra didesnis nei du“.Papildomas geoterminės energijos ir saulės energijos bendradarbiavimas yra pastarųjų metų naujos energijos panaudojimo žemės ūkio gamyboje tyrimų taškas.Emmi ir kt.ištyrė kelių šaltinių energijos sistemą (1 pav.), kurioje sumontuotas fotovoltinis-terminis hibridinis saulės kolektorius.Palyginti su įprasta oras-vanduo šilumos siurblio sistema, kelių šaltinių energijos sistemos energijos vartojimo efektyvumas pagerėjo 16% ~ 25%.Zheng ir kt.sukūrė naujo tipo saulės energijos ir žemės šilumos siurblio prijungtą šilumos kaupimo sistemą.Saulės kolektorių sistema gali realizuoti kokybišką sezoninį šildymo kaupimą, tai yra kokybišką šildymą žiemą ir kokybišką vėsinimą vasarą.Įkastas vamzdinis šilumokaitis ir pertraukiamas šilumos kaupimo bakas gali gerai veikti sistemoje, o sistemos COP vertė gali siekti 6,96.

Kartu su saulės energija siekiama sumažinti komercinės energijos suvartojimą ir padidinti saulės energijos tiekimo stabilumą šiltnamyje.Wan Ya ir kt.pateikti naują išmaniosios valdymo technologijos schemą, pagal kurią saulės energijos gamyba ir komercinė galia būtų derinama šiltnamio šildymui, kuri gali panaudoti fotovoltinę energiją, kai yra šviesos, ir paversti ją komercine energija, kai nėra šviesos, taip labai sumažinant apkrovos galios trūkumą. tarifą ir sumažinti ekonomines sąnaudas nenaudojant baterijų.

Saulės energija, biomasės energija ir elektros energija gali kartu šildyti šiltnamius, o tai taip pat gali pasiekti aukštą šildymo efektyvumą.Zhang Liangrui ir kiti sujungė saulės vakuuminio vamzdžio šilumos surinkimą su slėnio elektros šilumos kaupimo vandens rezervuaru.Šiltnamio šildymo sistema pasižymi geru šiluminiu komfortu, o vidutinis sistemos šildymo efektyvumas siekia 68,70%.Elektrinis šilumos kaupimo vandens bakas yra biomasės šildymo vandens kaupimo įrenginys su elektriniu šildymu.Nustatoma žemiausia vandens įleidimo temperatūra šildymo gale, o sistemos veikimo strategija nustatoma pagal saulės šilumos surinkimo dalies ir biomasės šilumos kaupimo dalies vandens kaupimo temperatūrą, kad būtų pasiekta stabili šildymo temperatūra. šildymo pabaigą ir maksimaliai taupyti elektros energiją bei biomasės energijos medžiagas.

Inovatyvūs šiltnamio efektą sukeliančių medžiagų tyrimai ir taikymas

Plečiantis šiltnamio plotui, vis labiau išryškėja tradicinių šiltnamio efektą sukeliančių medžiagų, tokių kaip plytos ir dirvožemis, naudojimo trūkumai.Todėl, siekiant toliau gerinti šiltnamio šilumines charakteristikas ir patenkinti šiuolaikinių šiltnamių plėtros poreikius, atliekama daug naujų skaidrių dengiamųjų medžiagų, termoizoliacinių medžiagų ir sienų medžiagų tyrimų ir pritaikymų.

Naujų skaidrių dengiamųjų medžiagų tyrimas ir taikymas

Permatomos šiltnamio dangos medžiagos daugiausia apima plastikinę plėvelę, stiklą, saulės kolektorių ir fotovoltinę plokštę, tarp kurių plastikinė plėvelė turi didžiausią naudojimo sritį.Tradicinė šiltnamio efektą sukeliančių PE plėvelė turi trumpo tarnavimo laiko, nesuyra ir vienos funkcijos defektų.Šiuo metu, pridedant funkcinių reagentų ar dangų, sukurta įvairių naujų funkcinių plėvelių.

Šviesos konvertavimo plėvelė:Šviesos konversijos plėvelė keičia optines plėvelės savybes, naudodama šviesą konvertuojančias medžiagas, tokias kaip retųjų žemių ir nano medžiagos, ir gali paversti ultravioletinės šviesos sritį į raudoną oranžinę šviesą ir mėlyną violetinę šviesą, reikalingą augalų fotosintezei, taip padidindama pasėlių derlių ir sumažindama. ultravioletinių spindulių žala pasėliams ir šiltnamių plėvelėms plastikiniuose šiltnamiuose.Pavyzdžiui, plačiajuosčio purpurinės-raudonos spalvos šiltnamio plėvelė su VTR-660 šviesos konvertavimo priemone gali žymiai pagerinti infraraudonųjų spindulių pralaidumą, kai naudojama šiltnamyje, ir, palyginti su kontroliniu šiltnamiu, pomidorų derlių iš hektaro, vitamino C ir likopeno kiekį. ženkliai padidėja atitinkamai 25,71%, 11,11% ir 33,04%.Tačiau šiuo metu dar reikia ištirti naujos šviesos konversijos plėvelės tarnavimo laiką, skaidomumą ir kainą.

Išsibarstę stiklai: Išsklaidytas stiklas šiltnamyje yra specialus raštas ir antirefleksinė technologija ant stiklo paviršiaus, kuri gali maksimaliai padidinti saulės šviesą į išsklaidytą šviesą ir patekti į šiltnamį, pagerinti pasėlių fotosintezės efektyvumą ir padidinti pasėlių derlių.Sklaidantis stiklas į šiltnamį patenkančią šviesą specialiais raštais paverčia išsklaidyta šviesa, o išsklaidyta šviesa gali būti tolygiau apšvitinama į šiltnamį, pašalinant šešėlio įtaką šiltnamiui.Palyginti su įprastu flotaciniu stiklu ir itin baltu flotaciniu stiklu, sklaidančio stiklo šviesos pralaidumo standartas yra 91,5%, o paprasto flotacinio stiklo - 88%.Kaskart padidinus šviesos pralaidumą šiltnamyje 1%, derlius gali padidėti maždaug 3%, o vaisiuose ir daržovėse padidės tirpaus cukraus ir vitamino C kiekis.Išsklaidytas stiklas šiltnamyje pirmiausia padengiamas, o po to grūdinamas, o savaiminio sprogimo greitis yra didesnis nei nacionalinis standartas ir siekia 2 ‰.

Naujų termoizoliacinių medžiagų tyrimai ir taikymas

Tradicinės šiltnamio izoliacinės medžiagos daugiausia yra šiaudų kilimėlis, popierinė antklodė, adatinė veltinio termoizoliacinė antklodė ir kt., kurios daugiausia naudojamos stogų vidaus ir išorės šilumos izoliacijai, sienų izoliacijai ir kai kurių šilumos kaupimo ir šilumos surinkimo įrenginių šilumos izoliacijai. .Daugumos jų trūkumas dėl ilgalaikio naudojimo praranda šilumos izoliacijos savybes dėl vidinės drėgmės.Todėl yra daug naujų aukštos šilumos izoliacijos medžiagų pritaikymo būdų, tarp kurių yra naujos šilumos izoliacinės antklodės, šilumos kaupimo ir šilumos surinkimo įrenginiai.

Naujos termoizoliacinės medžiagos paprastai gaminamos apdorojant ir sumaišant paviršių atsparias vandeniui ir senėjimui medžiagas, tokias kaip austa plėvelė ir padengtas veltinis su puriomis termoizoliacinėmis medžiagomis, tokiomis kaip purškiama medvilnė, įvairi kašmyras ir perlinė medvilnė.Austa plėvele dengta purškiama medvilninė termoizoliacinė antklodė buvo išbandyta šiaurės rytų Kinijoje.Nustatyta, kad pridėjus 500 g purškiamu sluoksniu padengtos medvilnės, šiluminės izoliacijos savybės atitiko 4500 g juodo veltinio šilumos izoliacijos antklodės rinkoje.Esant tokioms pačioms sąlygoms, 700 g purkštuku padengtos medvilnės šiluminės izoliacijos savybės pagerėjo 1 ~ 2 ℃, palyginti su 500 g purškiama medvilnės termoizoliacinės antklodės.Tuo pačiu metu kiti tyrimai taip pat parodė, kad, palyginti su rinkoje dažniausiai naudojamomis šilumos izoliacinėmis antklodėmis, purškiamų medvilninių ir įvairių kašmyro termoizoliacinių antklodžių šilumos izoliacijos efektas yra geresnis – šilumos izoliacijos rodikliai yra 84,0 % ir 83,3 %. % atitinkamai.Kai šalčiausia lauko temperatūra yra -24,4 ℃, vidaus temperatūra gali siekti atitinkamai 5,4 ir 4,2 ℃.Palyginti su viengubo šiaudine izoliacine antklode, naujoji kompozitinė izoliacinė antklodė turi lengvo svorio, didelio izoliacijos greičio, atsparumo vandeniui ir senėjimui pranašumų ir gali būti naudojama kaip naujo tipo didelio efektyvumo izoliacinė medžiaga saulės šiltnamiams.

Tuo pačiu, atlikus šiltnamio efektą sukeliančių šilumos surinkimo ir kaupimo įrenginių termoizoliacinių medžiagų tyrimus, taip pat nustatyta, kad kai storis vienodas, daugiasluoksnės kompozitinės termoizoliacinės medžiagos turi geresnes šilumos izoliacijos savybes nei pavienės medžiagos.Profesoriaus Li Jianmingo komanda iš Northwest A&F universiteto suprojektavo ir patikrino 22 rūšių šiltnamio efektą sukeliančių vandens laikymo įrenginių šilumos izoliacines medžiagas, tokias kaip vakuuminė lenta, aerogelis ir guminė medvilnė, ir išmatavo jų šilumines savybes.Rezultatai parodė, kad 80 mm termoizoliacinė danga+aerogelis+guma-plastikinė termoizoliacinė medvilnė kompozitinė izoliacinė medžiaga gali sumažinti šilumos išsklaidymą 0,367MJ per laiko vienetą, palyginti su 80 mm gumos-plastiko medvilne, o jos šilumos perdavimo koeficientas buvo 0,283W/(m2). ·k) kai izoliacijos derinio storis buvo 100 mm.

Fazių kaitos medžiaga yra viena iš karštųjų šiltnamio efektą sukeliančių medžiagų tyrimų taškų.Northwest A&F universitetas sukūrė dviejų rūšių fazių keitimo medžiagų laikymo įrenginius: vienas yra laikymo dėžutė, pagaminta iš juodo polietileno, kurios dydis yra 50 cm × 30 cm × 14 cm (ilgis × aukštis × storis) ir užpildyta fazių keitimo medžiagomis, todėl kad jis gali kaupti šilumą ir išleisti šilumą;Antra, kuriama naujo tipo fazių keitimo sienų plokštė.Fazių keitimo sieninė plokštė susideda iš fazės keitimo medžiagos, aliuminio plokštės, aliuminio-plastiko plokštės ir aliuminio lydinio.Fazių keitimo medžiaga yra centrinėje plokštės vietoje, o jos specifikacija yra 200 mm × 200 mm × 50 mm.Tai miltelių pavidalo kieta medžiaga prieš ir po fazės pasikeitimo, ir nėra jokio tirpimo ar tekėjimo reiškinio.Keturios fazės keitimo medžiagos sienos yra atitinkamai aliuminio plokštė ir aliuminio-plastiko plokštė.Šis prietaisas gali atlikti daugiausia šilumos kaupimo dienos metu ir daugiausia šilumos išleidimo naktį funkcijas.

Todėl taikant vieną termoizoliacinę medžiagą kyla tam tikrų problemų, tokių kaip mažas šilumos izoliacijos efektyvumas, dideli šilumos nuostoliai, trumpas šilumos saugojimo laikas ir tt Todėl kompozitinės termoizoliacinės medžiagos naudojimas kaip šilumos izoliacijos sluoksnis ir vidaus bei lauko šilumos izoliacija dengiantis šilumos kaupimo įrenginio sluoksnis gali efektyviai pagerinti šiltnamio šilumos izoliaciją, sumažinti šiltnamio šilumos nuostolius ir taip pasiekti energijos taupymo efektą.

Naujos sienos tyrimas ir taikymas

Kaip tam tikra atitvarų konstrukcija, siena yra svarbi kliūtis šiltnamio apsaugai nuo šalčio ir šilumos išsaugojimui.Pagal sienų medžiagas ir konstrukcijas šiaurinės šiltnamio sienos plėtrą galima suskirstyti į tris tipus: viensluoksnę sieną iš grunto, plytų ir kt., ir sluoksniuotą šiaurinę sieną iš molio plytų, blokinių plytų, polistirolo plokštės ir kt., su vidine šilumos kaupimu ir išorine šilumos izoliacija, o dauguma šių sienų yra daug laiko ir darbo jėgos;Todėl pastaraisiais metais atsirado daug naujų tipų sienų, kurias lengva statyti ir tinka greitai surinkti.

Naujo tipo surenkamų sienų atsiradimas skatina spartų surenkamų šiltnamių vystymąsi, įskaitant naujo tipo kompozitines sienas su išorinėmis vandeniui atspariomis ir senėjimą stabdančiomis medžiagomis ir tokiomis medžiagomis kaip veltinis, perlinė medvilnė, kosminė medvilnė, stiklo medvilnė arba perdirbta medvilnė. izoliaciniai sluoksniai, pvz., lanksčios surinktos sienos iš purškiamos medvilnės Sindziange.Be to, kiti tyrimai taip pat pranešė apie šiaurinę surinkto šiltnamio sieną su šilumos kaupimo sluoksniu, pavyzdžiui, plytomis užpildytą kviečių lukšto skiedinio bloką Sindziange.Esant tokiai pačiai išorinei aplinkai, kai žemiausia lauko temperatūra –20,8 ℃, saulės šiltnamyje su kviečių kevalų skiedinio blokelių kompozitine siena temperatūra yra 7,5 ℃, o saulės šiltnamyje su plytų-betonine siena – 3,2 ℃.Pomidorų derliaus nuėmimo laiką mūriniame šiltnamyje galima paankstinti 16 dienų, o vieno šiltnamio derlių padidinti 18,4%.

Northwest A&F universiteto įrenginių komanda iškėlė projektavimo idėją iš šiaudų, dirvožemio, vandens, akmens ir fazių kaitos medžiagų šviesos kampu padaryti šilumos izoliacijos ir šilumos kaupimo modulius, o tai paskatino modulinių surinktų medžiagų taikymo tyrimus. siena.Pavyzdžiui, palyginti su įprastu šiltnamiu su plytų sienomis, vidutinė temperatūra šiltnamyje įprastą saulėtą dieną yra 4,0 ℃ aukštesnė.Trijų rūšių neorganiniai fazių keitimo cemento moduliai, pagaminti iš fazių keitimo medžiagos (PCM) ir cemento, sukaupė 74,5, 88,0 ir 95,1 MJ/m šilumą.³, ir išsiskyrė 59,8, 67,8 ir 84,2 MJ/m šilumos³, atitinkamai.Jie atlieka „smailės pjovimo“ funkcijas dieną, „slėnio užpildymą“ naktį, sugeria šilumą vasarą ir išleidžia šilumą žiemą.

Šios naujos sienos montuojamos vietoje, trumpo statybos termino ir ilgo tarnavimo laiko, kurios sudaro sąlygas statyti lengvus, supaprastintus ir greitai surenkamus surenkamus šiltnamius, gali labai paskatinti šiltnamių struktūrinę reformą.Tačiau yra tam tikrų tokio tipo sienų defektų, pavyzdžiui, purškiama medvilninė termoizoliacinė antklodė turi puikias šilumos izoliacijos savybes, tačiau jai trūksta šilumos kaupimo pajėgumų, o fazės keitimo statybinė medžiaga turi didelių naudojimo sąnaudų problemą.Ateityje turėtų būti sustiprinti sumontuotų sienų taikomieji tyrimai.

Nauja energija, naujos medžiagos ir naujas dizainas padeda pakeisti šiltnamio struktūrą.

Naujos energijos ir naujų medžiagų tyrimai ir inovacijos sudaro pagrindą šiltnamio efektą sukeliančių projektų naujovėms.Energiją taupantis saulės šiltnamis ir arkinė stoginė yra didžiausios Kinijos žemės ūkio gamybos pastogės, kurios atlieka svarbų vaidmenį žemės ūkio gamyboje.Tačiau plėtojant Kinijos socialinę ekonomiką, vis dažniau pristatomi dviejų tipų patalpų struktūrų trūkumai.Pirma, objektų konstrukcijų erdvė yra nedidelė, o mechanizacijos laipsnis žemas;Antra, energiją taupantis saulės šiltnamis turi gerą šilumos izoliaciją, tačiau žemė naudojama mažai, o tai prilygsta šiltnamio energijos pakeitimui žeme.Paprastas arkinis namelis turi ne tik mažą erdvę, bet ir prastą šilumos izoliaciją.Nors daugiasluoksnis šiltnamis yra erdvus, jis turi prastą šilumos izoliaciją ir daug energijos suvartoja.Todėl būtina ištirti ir plėtoti šiltnamio struktūrą, tinkančią dabartiniam Kinijos socialiniam ir ekonominiam lygiui, o naujos energijos ir naujų medžiagų tyrimai ir plėtra padės pakeisti šiltnamio struktūrą ir sukurti įvairius naujoviškus šiltnamio modelius ar struktūras.

Inovatyvūs didelio tarpatramio asimetrinio vandens valdomo alaus šiltnamio tyrimai

Didelio tarpatramio asimetrinis vandens valdomas alaus šiltnamis (patento numeris: ZL 201220391214.2) sukurtas saulės šviesos šiltnamio principu, pakeičiant įprasto plastikinio šiltnamio simetrišką struktūrą, padidinant pietinį tarpatramį, padidinant pietinio stogo apšvietimo plotą, sumažinant. šiauriniame tarpatramyje ir sumažinant šilumos išsklaidymo plotą, kurio atstumas yra 18–24 m, o kraigo aukštis – 6–7 m.Dėl dizaino naujovių erdvinė struktūra buvo žymiai padidinta.Tuo pačiu, taikant naują biomasės virimo šilumos ir termoizoliacinių medžiagų technologiją, sprendžiamos nepakankamos šilumos šiltnamyje žiemą ir prastos įprastų termoizoliacinių medžiagų šilumos izoliacijos problemos.Gamybos ir tyrimų rezultatai rodo, kad didelio tarpatramio asimetrinis vandens valdomas alaus šiltnamis, kurio vidutinė temperatūra saulėtomis dienomis yra 11,7 ℃, o debesuotomis dienomis – 10,8 ℃, gali patenkinti pasėlių augimo poreikį žiemą ir statybos sąnaudas. šiltnamio efektas sumažinamas 39,6%, o žemės naudojimo lygis padidintas daugiau nei 30%, palyginti su šiltnamio iš polistireno plytų sienomis, kuris yra tinkamas toliau populiarinti ir pritaikyti Geltonosios Huaihe upės baseine Kinijoje.

Sumontuotas saulės šiltnamis

Sumontuotas saulės šviesos šiltnamis kaip laikančiąją konstrukciją ima kolonas ir stogo karkasą, o jo sienų medžiaga daugiausia yra šilumos izoliacija, o ne guolis ir pasyvus šilumos kaupimas ir išleidimas.Daugiausia: (1) naujo tipo montuojama siena formuojama derinant įvairias medžiagas, tokias kaip dengta plėvelė arba spalvota plieno plokštė, šiaudų blokas, lanksti termoizoliacinė antklodė, skiedinio blokas ir kt. (2) kompozicinė sienų plokštė iš surenkamos cementinės plokštės -polistirolo plokštė-cemento plokštė;(3) Lengvos ir paprastos surinkimo tipo šilumos izoliacinės medžiagos su aktyvia šilumos kaupimo ir išleidimo sistema bei sausinimo sistema, pvz., plastikinio kvadratinio kibiro šilumos kaupimas ir vamzdyno šilumos saugojimas.Naudojant kitokias naujas šilumos izoliacines medžiagas ir šilumą kaupiančias medžiagas vietoj tradicinės žemės sienos statant saulės šiltnamį yra didelė erdvė ir nedidelė civilinė inžinerija.Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad šiltnamio temperatūra naktį žiemą yra 4,5 ℃ aukštesnė nei tradiciniame mūriniame šiltnamyje, o galinės sienelės storis – 166 mm.Palyginti su 600 mm storio šiltnamiu su plyta, sienos užimamas plotas sumažėja 72%, o kvadratinio metro kaina yra 334,5 juanių, o tai yra 157,2 juanių mažesnė nei šiltnamio su plyta, o statybos kaina. gerokai sumažėjo.Todėl surinktas šiltnamis turi mažiau dirbamos žemės naikinimo, žemės taupymo, greito statybos greičio ir ilgo tarnavimo privalumų bei yra pagrindinė saulės šiltnamių inovacijų ir plėtros kryptis šiuo metu ir ateityje.

Stumdomas saulės šiltnamis

Šenjango žemės ūkio universiteto sukurtame ant riedlenčių sumontuotame energiją taupančiame saulės šiltnamyje iš saulės šiltnamio galinės sienelės suformuojama vandens cirkuliacinė sieninė šilumos kaupimo sistema šilumai kaupti ir temperatūrai pakelti, kurią daugiausia sudaro baseinas (32 m.³), šviesos surinkimo plokštelė (360m²), vandens siurblys, vandens vamzdis ir valdiklis.Lanksti termoizoliacinė antklodė viršuje pakeista nauja lengva akmens vatos spalvos plieno lakštų medžiaga.Tyrimai rodo, kad šis dizainas efektyviai išsprendžia šviesą blokuojančių stoglangių problemą ir padidina šviesos patekimo į šiltnamį plotą.Šiltnamio apšvietimo kampas yra 41,5°, o tai yra beveik 16° didesnis nei kontrolinio šiltnamio, todėl pagerėja apšvietimas.Temperatūra patalpose pasiskirsto tolygiai, augalai auga tvarkingai.Šiltnamio privalumai yra gerinti žemės naudojimo efektyvumą, lanksčiai projektuoti šiltnamio dydį ir sutrumpinti statybos laiką, o tai turi didelę reikšmę saugant dirbamos žemės išteklius ir aplinką.

Fotovoltinis šiltnamis

Žemės ūkio šiltnamis yra šiltnamis, kuriame integruota saulės fotovoltinės energijos gamyba, išmanus temperatūros valdymas ir modernus aukštųjų technologijų sodinimas.Jis turi plieninį kaulinį rėmą ir yra padengtas saulės fotovoltiniais moduliais, kad būtų patenkinti fotovoltinių energijos gamybos modulių apšvietimo reikalavimai ir viso šiltnamio apšvietimo reikalavimai.Saulės energijos generuojama nuolatinė srovė tiesiogiai papildo žemės ūkio šiltnamių apšvietimą, tiesiogiai palaiko normalų šiltnamių įrangos veikimą, skatina vandens išteklių drėkinimą, padidina šiltnamio temperatūrą ir skatina spartų pasėlių augimą.Tokiu būdu fotovoltiniai moduliai turės įtakos šiltnamio stogo apšvietimo efektyvumui, o vėliau – normaliam šiltnamio daržovių augimui.Todėl racionalus fotovoltinių plokščių išdėstymas ant šiltnamio stogo tampa pagrindiniu pritaikymo tašku.Žemės ūkio šiltnamis yra ekologiško pažintinio žemės ūkio ir sodininkystės derinio produktas. Tai novatoriška žemės ūkio pramonė, integruojanti fotovoltinės energijos gamybą, žemės ūkio ekskursijas, žemės ūkio kultūras, žemės ūkio technologijas, kraštovaizdžio ir kultūros plėtrą.

Inovatyvus šiltnamių grupės dizainas su energijos sąveika tarp skirtingų šiltnamių tipų

Pekino žemės ūkio ir miškų mokslų akademijos mokslininkas Guo Wenzhongas naudoja šildymo būdą energijos perdavimui tarp šiltnamių, kad surinktų likusią šilumos energiją viename ar keliuose šiltnamiuose, kad galėtų šildyti kitą ar daugiau šiltnamių.Šis šildymo būdas realizuoja šiltnamio energijos perdavimą laike ir erdvėje, pagerina likusios šiltnamio šilumos energijos panaudojimo efektyvumą, sumažina bendrą šildymo energijos suvartojimą.Dviejų tipų šiltnamiai gali būti skirtingų tipų šiltnamiai arba to paties tipo šiltnamiai, skirti sodinti įvairias kultūras, pavyzdžiui, salotų ir pomidorų šiltnamius.Šilumos surinkimo metodai daugiausia apima patalpų oro šilumos ištraukimą ir tiesioginį krintančios spinduliuotės sulaikymą.Renkant saulės energiją, priverstinę konvekciją šilumokaičiu ir priverstinį ištraukimą šilumos siurbliu, perteklinė šiluma didelės energijos šiltnamyje buvo išgaunama šiltnamiui šildyti.

apibendrinti

Šie nauji saulės šiltnamiai turi greito surinkimo, sutrumpėjusio statybos laikotarpio ir geresnio žemės panaudojimo pranašumus.Todėl būtina toliau tirti šių naujų šiltnamių našumą įvairiose srityse ir sudaryti galimybę plačiu mastu populiarinti ir pritaikyti naujus šiltnamius.Kartu būtina nuolat stiprinti naujos energijos ir naujų medžiagų panaudojimą šiltnamiuose, kad būtų suteikta galia struktūrinei šiltnamių reformai.

Ateities perspektyva ir mąstymas

Tradiciniai šiltnamiai dažnai turi tam tikrų trūkumų, tokių kaip didelės energijos sąnaudos, žemas žemės panaudojimo lygis, daug laiko ir darbo sąnaudos, prastos eksploatacinės savybės ir pan., kurie nebegali patenkinti šiuolaikinio žemės ūkio gamybos poreikių ir turi būti palaipsniui didinami. pašalinta.Todėl yra plėtros tendencija naudoti naujus energijos šaltinius, tokius kaip saulės energija, biomasės energija, geoterminė energija ir vėjo energija, naujos šiltnamio efektą sukeliančios medžiagos ir nauji dizainai, skatinantys šiltnamio struktūrinius pokyčius.Visų pirma, naujas šiltnamis, varomas naujos energijos ir naujų medžiagų, turėtų ne tik tenkinti mechanizuoto veikimo poreikius, bet ir taupyti energiją, žemę ir kaštus.Antra, būtina nuolat tirti naujų šiltnamių našumą įvairiose srityse, kad būtų sudarytos sąlygos plataus masto šiltnamių populiarinimui.Ateityje turėtume toliau ieškoti naujos energijos ir naujų medžiagų, tinkamų naudoti šiltnamyje, ir rasti geriausią naujos energijos, naujų medžiagų ir šiltnamio derinį, kad būtų galima pastatyti naują šiltnamį su nebrangiu, trumpos statybos. laikotarpiu, mažas energijos sąnaudas ir puikų našumą, padeda pakeisti šiltnamio struktūrą ir skatina šiltnamių modernizavimą Kinijoje.

Nors naujos energijos, naujų medžiagų ir naujų dizainų taikymas šiltnamių statyboje yra neišvengiama tendencija, vis dar yra daug problemų, kurias reikia ištirti ir išspręsti: (1) Statybos kaina didėja.Palyginti su tradiciniu šildymu anglimi, gamtinėmis dujomis ar alyva, naujos energijos ir naujų medžiagų naudojimas yra draugiškas aplinkai ir neteršiantis, tačiau žymiai padidėja statybos sąnaudos, o tai turi tam tikros įtakos investicijų atsigavimui į gamybą ir eksploataciją. .Palyginti su energijos panaudojimu, naujų medžiagų kaina žymiai padidės.(2) Nestabilus šilumos energijos panaudojimas.Didžiausias naujos energijos panaudojimo privalumas – mažos eksploatacijos sąnaudos ir maža anglies dvideginio emisija, tačiau energijos ir šilumos tiekimas yra nestabilus, o debesuotos dienos tampa didžiausiu saulės energijos panaudojimą ribojančiu veiksniu.Biomasės šilumos gamybos fermentacijos procese efektyvų šios energijos panaudojimą riboja mažos fermentacijos šilumos energijos, sudėtingo valdymo ir kontrolės bei didelės žaliavų transportavimo sandėliavimo vietos problemos.(3) Technologijų branda.Šios naujos energijos ir naujų medžiagų naudojamos technologijos yra pažangūs moksliniai tyrimai ir technologiniai pasiekimai, o jų taikymo sritis ir apimtis vis dar gana ribotos.Jie nebuvo atlikti daug kartų, daug svetainių ir didelio masto praktikos patikrinimo, ir neišvengiamai yra tam tikrų trūkumų ir techninio turinio, kuriuos reikia patobulinti taikant.Vartotojai dažnai neigia technologijų pažangą dėl nedidelių trūkumų.(4) Technologijų skverbtis yra žema.Platus mokslo ir technologijų pasiekimo pritaikymas reikalauja tam tikro populiarumo.Šiuo metu nauja energetika, naujos technologijos ir naujos šiltnamių projektavimo technologijos yra universitetų mokslinių tyrimų centrų komandoje, turinčiose tam tikrų inovacijų galimybių, o dauguma techninių paklausėjų ar projektuotojų vis dar nežino;Tuo pačiu metu naujų technologijų populiarinimas ir taikymas vis dar yra gana ribotas, nes pagrindinė naujų technologijų įranga yra patentuota.(5) Reikia toliau stiprinti naujos energijos, naujų medžiagų ir šiltnamių konstrukcijų projektavimo integravimą.Kadangi energijos, medžiagų ir šiltnamių konstrukcijų projektavimas priklauso trims skirtingoms disciplinoms, talentams, turintiems šiltnamių projektavimo patirties, dažnai trūksta su šiltnamiais susijusios energijos ir medžiagų tyrimų, ir atvirkščiai;Todėl mokslininkai, susiję su energetikos ir medžiagų tyrimais, turi sustiprinti faktinių šiltnamio efektą sukeliančių pramonės plėtros poreikių tyrimą ir supratimą, o konstrukcijų projektuotojai taip pat turėtų studijuoti naujas medžiagas ir naują energiją, kad būtų skatinama gili trijų santykių integracija. Praktinės šiltnamių tyrimų technologijos tikslas, mažos statybos sąnaudos ir geras naudojimo efektas.Atsižvelgiant į minėtas problemas, siūloma valstybei, savivaldybėms ir mokslinių tyrimų centrams intensyvinti techninius tyrimus, vykdyti bendrus tyrimus giluminiu būdu, stiprinti mokslo ir technologijų pasiekimų viešinimą, gerinti pasiekimų populiarinimą, greitai realizuoti naujos energijos ir naujų medžiagų tikslas, padedantis naujai plėtoti šiltnamių pramonę.

Cituota informacija

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nauja energija, naujos medžiagos ir naujas dizainas padeda naujai šiltnamio revoliucijai [J].Daržovės, 2022,(10):1-8.