Li Jianming, Sun Guotao, etc.Drivhus hagebruk landbruksteknikk teknologi2022-11-21 17:42 Publisert i Beijing

De siste årene har drivhusnæringen blitt kraftig utviklet.Utviklingen av drivhus forbedrer ikke bare arealutnyttelsesgraden og produksjonsraten til landbruksprodukter, men løser også forsyningsproblemet med frukt og grønnsaker i lavsesongen.Drivhuset har imidlertid også støtt på uante utfordringer.De opprinnelige anleggene, oppvarmingsmetodene og konstruksjonsformene har gitt motstand mot miljø og utvikling.Nye materialer og nye design er påtrengende nødvendig for å endre drivhusstrukturen, og nye energikilder er påtrengende nødvendig for å oppnå formålene med energisparing og miljøvern, og øke produksjon og inntekt.

Denne artikkelen diskuterer temaet "ny energi, nye materialer, nytt design for å hjelpe den nye revolusjonen av drivhus", inkludert forskning og innovasjon av solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og andre nye energikilder i drivhus, forskning og anvendelse av nye materialer for tildekking, varmeisolasjon, vegger og annet utstyr, og fremtidsutsikter og tenkning av ny energi, nye materialer og ny design for å hjelpe drivhusreformen, for å gi referanse for industrien.

Å utvikle anleggslandbruk er det politiske kravet og det uunngåelige valget for å implementere ånden i de viktige instruksene og statens beslutningstaking.I 2020 vil det totale arealet av beskyttet landbruk i Kina være 2,8 millioner hm2, og produksjonsverdien vil overstige 1 billion yuan.Det er en viktig måte å forbedre drivhusproduksjonskapasiteten for å forbedre drivhusbelysning og varmeisolasjonsytelse gjennom ny energi, nye materialer og ny drivhusdesign.Det er mange ulemper ved tradisjonell drivhusproduksjon, som kull, fyringsolje og andre energikilder som brukes til oppvarming og oppvarming i tradisjonelle drivhus, noe som resulterer i en stor mengde dioksidgass, som alvorlig forurenser miljøet, mens naturgass, elektrisk energi og andre energikilder øker driftskostnadene til drivhusene.Tradisjonelle varmelagringsmaterialer for drivhusvegger er for det meste leire og murstein, som forbruker mye og forårsaker alvorlig skade på landressurser.Jordbrukseffektiviteten til tradisjonelle solenergidrivhus med jordvegg er bare 40% ~ 50%, og det vanlige drivhuset har dårlig varmelagringskapasitet, så det kan ikke leve gjennom vinteren for å produsere varme grønnsaker i Nord-Kina.Derfor ligger kjernen i å fremme drivhusendring, eller grunnforskning, i drivhusdesign, forskning og utvikling av nye materialer og ny energi.Denne artikkelen vil fokusere på forskning og innovasjon av nye energikilder i drivhus, oppsummere forskningsstatusen til nye energikilder som solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi, vindenergi og nye transparente dekkmaterialer, varmeisolasjonsmaterialer og veggmaterialer i drivhus, analysere bruken av ny energi og nye materialer i byggingen av nytt drivhus, og ser frem til deres rolle i fremtidig utvikling og transformasjon av drivhus.

Forskning og innovasjon av nytt energidrivhus

Den grønne nye energien med størst landbruksutnyttelsespotensial inkluderer solenergi, geotermisk energi og biomasseenergi, eller omfattende utnyttelse av en rekke nye energikilder, for å oppnå effektiv energibruk ved å lære av hverandres sterke sider.

solenergi/kraft

Solenergiteknologi er en lavkarbon, effektiv og bærekraftig energiforsyningsmodus, og den er en viktig komponent i Kinas strategiske fremvoksende industrier.Det vil bli et uunngåelig valg for transformasjon og oppgradering av Kinas energistruktur i fremtiden.Fra et energiutnyttelsessynspunkt er selve drivhuset en anleggsstruktur for solenergiutnyttelse.Gjennom drivhuseffekten samles solenergien innendørs, temperaturen i drivhuset heves og den nødvendige varmen for avlingsvekst tilføres.Hovedenergikilden for fotosyntese av drivhusplanter er direkte sollys, som er direkte utnyttelse av solenergi.

01 Fotovoltaisk kraftproduksjon for å generere varme

Fotovoltaisk kraftproduksjon er en teknologi som direkte konverterer lysenergi til elektrisk energi basert på fotovoltaisk effekt.Nøkkelelementet i denne teknologien er solcelle.Når solenergi skinner på utvalget av solcellepaneler i serie eller parallelt, konverterer halvlederkomponenter direkte solstrålingsenergi til elektrisk energi.Fotovoltaisk teknologi kan direkte konvertere lysenergi til elektrisk energi, lagre elektrisitet gjennom batterier og varme opp drivhuset om natten, men den høye kostnaden begrenser den videre utviklingen.Forskergruppen utviklet en fotovoltaisk grafenvarmeanordning, som består av fleksible solcellepaneler, en alt-i-ett reverskontrollmaskin, et lagringsbatteri og en grafenvarmestav.I henhold til lengden på plantelinjen begraves grafenvarmestaven under substratposen.På dagtid absorberer solcellepanelene solstråling for å generere elektrisitet og lagre den i akkumulatorbatteriet, og deretter frigjøres strømmen om natten til grafenvarmestaven.I selve målingen brukes temperaturkontrollmodusen for å starte ved 17 ℃ og lukke ved 19 ℃.Kjører om natten (20:00-08:00 den andre dagen) i 8 timer, energiforbruket for å varme opp en enkelt rad med planter er 1,24 kW·h, og gjennomsnittstemperaturen på substratposen om natten er 19,2 ℃, som er 3,5 ~ 5,3 ℃ høyere enn kontrollen.Denne oppvarmingsmetoden kombinert med fotovoltaisk kraftproduksjon løser problemene med høyt energiforbruk og høy forurensning i drivhusoppvarming om vinteren.

02 fototermisk konvertering og utnyttelse

Solar fototermisk konvertering refererer til bruken av en spesiell sollysoppsamlingsoverflate laget av fototermiske konverteringsmaterialer for å samle og absorbere så mye solenergi som utstråles på den som mulig og konvertere den til varmeenergi.Sammenlignet med solcelleapplikasjoner øker fototermiske solenergiapplikasjoner absorpsjonen av nær-infrarødt bånd, så det har høyere energiutnyttelseseffektivitet for sollys, lavere kostnader og moden teknologi, og er den mest brukte måten å utnytte solenergi på.

Den mest modne teknologien for fototermisk konvertering og utnyttelse i Kina er solfangeren, hvis kjernekomponent er den varmeabsorberende platekjernen med selektivt absorpsjonsbelegg, som kan konvertere solstrålingsenergien som passerer gjennom dekkplaten til varmeenergi og overføre det til det varmeabsorberende arbeidsmediet.Solfangere kan deles inn i to kategorier etter om det er vakuumplass i solfangeren eller ikke: flate solfangere og vakuumrørsolfangere;konsentrerende solfangere og ikke-konsentrerende solfangere etter om solinnstrålingen ved dagslysporten endrer retning;og flytende solfangere og luftsolfangere i henhold til type varmeoverføringsarbeidsmedium.

Solenergiutnyttelse i drivhus utføres hovedsakelig gjennom ulike typer solfangere.Ibn Zor-universitetet i Marokko har utviklet et aktivt solenergivarmesystem (ASHS) for drivhusoppvarming, som kan øke den totale tomatproduksjonen med 55 % om vinteren.China Agricultural University har designet og utviklet et sett med oppsamlings- og utløpssystem for overflatekjølervifte, med en varmeoppsamlingskapasitet på 390,6–693,0 MJ, og fremmet ideen om å skille varmeoppsamlingsprosessen fra varmelagringsprosessen med varmepumpe.Universitetet i Bari i Italia har utviklet et drivhus polygenerasjonsvarmesystem, som består av et solenergisystem og en luft-vann varmepumpe, og kan øke lufttemperaturen med 3,6 % og jordtemperaturen med 92 %.Forskergruppen har utviklet et slags aktivt solvarmeoppsamlingsutstyr med variabel helningsvinkel for solcelledrivhus, og en støttende varmelagringsenhet for drivhusvannforekomst på tvers av været.Aktiv solvarmeoppsamlingsteknologi med variabel helning bryter gjennom begrensningene til tradisjonelt drivhusvarmeoppsamlingsutstyr, som begrenset varmeoppsamlingskapasitet, skyggelegging og okkupasjon av dyrket mark.Ved å bruke den spesielle drivhusstrukturen til soldrivhus, blir ikke-plantingsområdet i drivhuset fullt utnyttet, noe som i stor grad forbedrer utnyttelseseffektiviteten til drivhusplassen.Under typiske solrike arbeidsforhold når det aktive solvarmeoppsamlingssystemet med variabel helning 1,9 MJ/(m2h), energiutnyttelseseffektiviteten når 85,1 % og energisparegraden er 77 %.I drivhusvarmelagringsteknologien er flerfaset varmelagringsstruktur satt, varmelagringskapasiteten til varmelagringsenheten økes, og den langsomme frigjøringen av varme fra enheten realiseres, for å realisere effektiv bruk av varmen som samles opp av drivhusets solvarmeoppsamlingsutstyr.

biomasse energi

En ny anleggsstruktur bygges ved å kombinere den biomassevarmeproduserende enheten med drivhuset, og biomasseråvarene som grisegjødsel, sopprester og halm komposteres for å brygge varme, og den genererte varmeenergien tilføres direkte til drivhuset [ 5].Sammenlignet med drivhuset uten biomassegjæringsvarmetank, kan oppvarmingsdrivhuset effektivt øke bakketemperaturen i drivhuset og opprettholde riktig temperatur på røttene til avlinger dyrket i jorda i det normale klimaet om vinteren.Ta et ettlags asymmetrisk varmeisolasjonsdrivhus med en spennvidde på 17m og en lengde på 30m som eksempel, og tilsett 8m landbruksavfall (tomathalm og grisegjødsel blandet) inn i den innendørs gjæringstanken for naturlig gjæring uten å snu haugen. øke den gjennomsnittlige daglige temperaturen i drivhuset med 4,2 ℃ om vinteren, og den gjennomsnittlige daglige minimumstemperaturen kan nå 4,6 ℃.

Energiutnyttelse av biomassekontrollert gjæring er en gjæringsmetode som bruker instrumenter og utstyr til å kontrollere gjæringsprosessen for raskt å oppnå og effektivt utnytte biomassevarmeenergi og CO2-gassgjødsel, hvorav ventilasjon og fuktighet er nøkkelfaktorene for å regulere gjæringsvarmen. og gassproduksjon av biomasse.Under ventilerte forhold bruker aerobe mikroorganismer i gjæringshaugen oksygen til livsaktiviteter, og en del av den genererte energien brukes til egne livsaktiviteter, og en del av energien slippes ut i miljøet som varmeenergi, noe som er gunstig for temperaturen fremveksten av miljøet.Vann tar del i hele gjæringsprosessen, gir nødvendige løselige næringsstoffer for mikrobielle aktiviteter, og frigjør samtidig varmen fra haugen i form av damp gjennom vann, for å redusere temperaturen på haugen, forlenge levetiden til haugen. mikroorganismer og øke bulktemperaturen til haugen.Installering av halmutvaskingsanordning i gjæringstanken kan øke innendørstemperaturen med 3 ~ 5 ℃ om vinteren, styrke plantefotosyntesen og øke tomatutbyttet med 29,6%.

Geotermisk energi

Kina er rikt på geotermiske ressurser.For tiden er den vanligste måten for landbruksanlegg å utnytte geotermisk energi å bruke bergvarmepumpe, som kan overføre fra lavkvalitets varmeenergi til høykvalitets varmeenergi ved å tilføre en liten mengde høyverdig energi (som f.eks. elektrisk energi).Til forskjell fra de tradisjonelle drivhusoppvarmingstiltakene, kan bergvarmepumpeoppvarming ikke bare oppnå betydelig varmeeffekt, men også ha evnen til å avkjøle drivhuset og redusere fuktigheten i drivhuset.Anvendelsesforskningen av jordvarmepumpe innen boligbygging er moden.Kjernedelen som påvirker varme- og kjølekapasiteten til jordvarmepumpen er den underjordiske varmevekslermodulen, som hovedsakelig inkluderer nedgravde rør, underjordiske brønner osv. Hvordan designe et underjordisk varmevekslersystem med en balansert kostnad og effekt har alltid vært forskningsfokus for denne delen.Samtidig påvirker endringen av temperaturen i det underjordiske jordlaget ved bruk av jordvarmepumpe også brukseffekten til varmepumpesystemet.Å bruke jordvarmepumpen til å avkjøle drivhuset om sommeren og lagre varmeenergien i det dype jordlaget kan lindre temperaturfallet i det underjordiske jordlaget og forbedre varmeproduksjonseffektiviteten til jordvarmepumpen om vinteren.

For tiden, i forskningen av ytelsen og effektiviteten til bergvarmepumpen, gjennom de faktiske eksperimentelle dataene, etableres en numerisk modell med programvare som TOUGH2 og TRNSYS, og det konkluderes med at varmeytelsen og ytelseskoeffisienten (COP ) av jordvarmepumpe kan nå 3,0 ~ 4,5, som har en god kjøle- og varmeeffekt.I forskningen av driftsstrategien til varmepumpesystemet fant Fu Yunzhun og andre at sammenlignet med belastningssidestrømmen, har jordkildens sidestrøm en større innvirkning på ytelsen til enheten og varmeoverføringsytelsen til det nedgravde røret .Under tilstanden av strømningsinnstilling kan den maksimale COP-verdien til enheten nå 4,17 ved å bruke driftsskjemaet for drift i 2 timer og stopp i 2 timer;Shi Huixian et.vedtatt en intermitterende driftsmodus for vannlagringskjølesystem.Om sommeren, når temperaturen er høy, kan COP for hele energiforsyningssystemet nå 3,80.

Dyp jordvarmelagringsteknologi i drivhus

Dyp jordvarmelagring i drivhus kalles også "varmelagerbank" i drivhus.Kuldeskader om vinteren og høy temperatur om sommeren er hovedhindringene for drivhusproduksjon.Basert på den sterke varmelagringskapasiteten til dyp jord, designet forskergruppen et underjordisk drivhus for dyp varmelagring.Enheten er en dobbeltlags parallell varmeoverføringsrørledning nedgravd på 1,5–2,5 m dyp under jorden i drivhuset, med et luftinntak på toppen av drivhuset og et luftutløp på bakken.Når temperaturen i drivhuset er høy, tvangspumpes inneluften ned i bakken av en vifte for å realisere varmelagring og temperaturreduksjon.Når temperaturen i drivhuset er lav, hentes varme fra jorda for å varme opp drivhuset.Produksjons- og påføringsresultatene viser at enheten kan øke drivhustemperaturen med 2,3 ℃ om vinternatten, redusere innendørstemperaturen med 2,6 ℃ om sommerdagen og øke tomatutbyttet med 1500 kg på 667 m².Enheten utnytter til fulle egenskapene "varm om vinteren og kjølig om sommeren" og "konstant temperatur" i dyp underjordisk jord, gir en "energitilgangsbank" for drivhuset, og fullfører kontinuerlig hjelpefunksjonene til drivhuskjøling og -oppvarming .

Multi-energi koordinering

Å bruke to eller flere energityper for å varme opp drivhuset kan effektivt veie opp for ulempene med én energitype, og gi spill til superposisjonseffekten av «en pluss en er større enn to».Det komplementære samarbeidet mellom geotermisk energi og solenergi er et forskningshotspot for ny energiutnyttelse i landbruksproduksjonen de siste årene.Emmi et.studert et multi-kilde energisystem (Figur 1), som er utstyrt med en solcelle-termisk hybrid solfanger.Sammenlignet med det vanlige luft-vann varmepumpesystemet, er energieffektiviteten til flerkilde energisystemet forbedret med 16% ~ 25%.Zheng et.utviklet en ny type koblet varmelagringssystem for solenergi og bergvarmepumpe.Solfangersystemet kan realisere høykvalitets sesonglagring av varme, det vil si høykvalitets oppvarming om vinteren og høykvalitets kjøling om sommeren.Den nedgravde rørvarmeveksleren og den intermitterende varmelagringstanken kan alle kjøre godt i systemet, og COP-verdien til systemet kan nå 6,96.

Kombinert med solenergi, har det som mål å redusere forbruket av kommersiell kraft og forbedre stabiliteten til solenergiforsyningen i drivhuset.Wan Ya et.legge frem et nytt intelligent kontrollteknologiskjema for å kombinere solenergiproduksjon med kommersiell kraft for drivhusoppvarming, som kan bruke solcellekraft når det er lys, og gjøre det om til kommersiell kraft når det ikke er lys, noe som reduserer lastkraftmangelen. rate, og redusere de økonomiske kostnadene uten å bruke batterier.

Solenergi, biomasseenergi og elektrisk energi kan i fellesskap varme opp drivhus, som også kan oppnå høy oppvarmingseffektivitet.Zhang Liangrui og andre kombinerte solar vakuumrør varmesamling med dalen elektrisitet varme lagringsvanntank.Drivhusvarmesystemet har god termisk komfort, og den gjennomsnittlige varmeeffektiviteten til systemet er 68,70 %.Den elektriske varmelagringsvanntanken er en biomasseoppvarmingsvannlagringsenhet med elektrisk oppvarming.Den laveste temperaturen på vanninntaket ved oppvarmingsenden settes, og driftsstrategien til systemet bestemmes i henhold til vannlagringstemperaturen til solvarmeoppsamlingsdelen og biomassevarmelagerdelen, for å oppnå stabil oppvarmingstemperatur ved oppvarming avslutte og spare elektrisk energi og biomasse energimaterialer maksimalt.

Innovativ forskning og anvendelse av nye drivhusmaterialer

Med utvidelsen av drivhusarealet avsløres i økende grad bruksulempene til tradisjonelle drivhusmaterialer som murstein og jord.Derfor, for å ytterligere forbedre den termiske ytelsen til drivhus og møte utviklingsbehovene til moderne drivhus, er det mange undersøkelser og anvendelser av nye gjennomsiktige dekkmaterialer, varmeisolasjonsmaterialer og veggmaterialer.

Forskning og bruk av nye transparente dekkematerialer

Typene transparente dekkmaterialer for drivhus inkluderer hovedsakelig plastfilm, glass, solcellepanel og solcellepanel, hvorav plastfilm har det største bruksområdet.Den tradisjonelle drivhus-PE-filmen har defektene kort levetid, ikke-nedbrytning og enkeltfunksjon.For tiden har en rekke nye funksjonelle filmer blitt utviklet ved å legge til funksjonelle reagenser eller belegg.

Lyskonverteringsfilm:Lyskonverteringsfilmen endrer de optiske egenskapene til filmen ved å bruke lyskonverteringsmidler som sjeldne jordartsmetaller og nanomaterialer, og kan konvertere det ultrafiolette lysområdet til rødt oransje lys og blått fiolett lys som kreves av plantefotosyntese, og dermed øke avlingsutbyttet og redusere skaden av ultrafiolett lys på avlinger og drivhusfilmer i plastveksthus.For eksempel kan den bredbåndede lilla-til-røde drivhusfilmen med VTR-660 lyskonverteringsmiddel forbedre den infrarøde transmittansen betydelig når den brukes i drivhus, og sammenlignet med kontrolldrivhuset, tomatutbytte per hektar, vitamin C og lykopeninnhold er betydelig økt med henholdsvis 25,71 %, 11,11 % og 33,04 %.Imidlertid må levetiden, nedbrytbarheten og kostnadene for den nye lyskonverteringsfilmen fortsatt studeres.

Spredt glass: Spredt glass i drivhus er et spesielt mønster og anti-refleksjonsteknologi på overflaten av glass, som kan maksimere sollyset til spredt lys og komme inn i drivhuset, forbedre fotosynteseeffektiviteten til avlinger og øke avlingsutbyttet.Spredende glass gjør lyset som kommer inn i drivhuset til spredt lys gjennom spesielle mønstre, og det spredte lyset kan bli mer jevnt bestrålt inn i drivhuset, og eliminerer skyggepåvirkningen fra skjelettet på drivhuset.Sammenlignet med vanlig floatglass og ultrahvitt floatglass er standarden for lystransmittansen for spredningsglass 91,5 %, og standarden for vanlig floatglass er 88 %.For hver 1% økning i lystransmittans inne i drivhuset, kan utbyttet økes med ca 3%, og det løselige sukkeret og vitamin C i frukt og grønnsaker har økt.Spredende glass i drivhuset blir først belagt og deretter herdet, og selveksplosjonshastigheten er høyere enn den nasjonale standarden og når 2‰.

Forskning og anvendelse av nye varmeisolasjonsmaterialer

De tradisjonelle varmeisolasjonsmaterialene i drivhus inkluderer hovedsakelig halmmatte, papirdyne, varmeisolasjonsdyne med nålfilt, etc., som hovedsakelig brukes til innvendig og utvendig termisk isolasjon av tak, veggisolasjon og termisk isolasjon av enkelte varmelagrings- og varmeoppsamlingsenheter .De fleste av dem har feilen med å miste varmeisolasjonsytelsen på grunn av intern fuktighet etter langvarig bruk.Derfor er det mange bruksområder for nye høyvarmeisolasjonsmaterialer, blant annet den nye termiske isolasjonsdynen, varmelagrings- og varmeoppsamlingsenhetene er forskningsfokus.

Nye varmeisolasjonsmaterialer lages vanligvis ved å bearbeide og blande overflatevanntette og aldringsbestandige materialer som vevd film og belagt filt med myke varmeisolasjonsmaterialer som spraybelagt bomull, diverse kashmir og perlebomull.En vevd film, spraybelagt termisk isolasjonsdyne i bomull ble testet i Nordøst-Kina.Det ble funnet at tilsetning av 500 g spraybelagt bomull tilsvarte den termiske isolasjonsytelsen til 4500 g termisk isolasjonsdyne med sort filt på markedet.Under de samme forholdene ble den termiske isolasjonsytelsen til 700 g sprøytebelagt bomull forbedret med 1~2 ℃ sammenlignet med 500 g sprøytebelagt termisk isolasjonsdyne i bomull.Samtidig fant andre studier også at sammenlignet med de vanlige termiske isolasjonsdynene på markedet, er den termiske isolasjonseffekten av spraybelagte bomulls- og diverse kashmir-varmeisolasjonsdyner bedre, med termisk isolasjonsgrad på 84,0 % og 83,3 %henholdsvis.Når den kaldeste utetemperaturen er -24,4 ℃, kan innetemperaturen nå henholdsvis 5,4 og 4,2 ℃.Sammenlignet med isolasjonsdynet med enkelt halmteppe, har det nye komposittisolasjonsteppet fordelene med lett vekt, høy isolasjonsgrad, sterk vanntett og aldringsmotstand, og kan brukes som en ny type høyeffektivt isolasjonsmateriale for soldrivhus.

Samtidig, i henhold til forskningen av termiske isolasjonsmaterialer for drivhusvarmeoppsamling og lagringsenheter, er det også funnet at når tykkelsen er den samme, har flerlags kompositt termisk isolasjonsmateriale bedre varmeisolasjonsytelse enn enkeltmaterialer.Professor Li Jianmings team fra Northwest A&F University designet og screenet 22 typer termiske isolasjonsmaterialer for drivhusvannlagringsenheter, som vakuumbrett, aerogel og gummibomull, og målte deres termiske egenskaper.Resultatene viste at 80 mm termisk isolasjonsbelegg+aerogel+gummi-plast varmeisolerende bomull komposittisolasjonsmateriale kunne redusere varmespredningen med 0,367 MJ per tidsenhet sammenlignet med 80 mm gummi-plast bomull, og varmeoverføringskoeffisienten var 0,283W/(m2) ·k) når tykkelsen på isolasjonskombinasjonen var 100 mm.

Faseendringsmateriale er en av hot spots i forskning på drivhusmaterialer.Northwest A&F University har utviklet to typer faseendringsmaterialelagringsenheter: den ene er en oppbevaringsboks laget av svart polyetylen, som har en størrelse på 50cm×30cm×14cm (lengde×høyde×tykkelse) og er fylt med faseendringsmaterialer, så at den kan lagre varme og frigjøre varme;For det andre utvikles en ny type faseendringsveggplate.Faseendringsveggplaten består av faseendringsmateriale, aluminiumsplate, aluminiumsplastplate og aluminiumslegering.Faseendringsmaterialet er plassert i den mest sentrale posisjonen på veggplaten, og spesifikasjonen er 200mm×200mm×50mm.Det er et pulveraktig fast stoff før og etter faseendring, og det er ikke noe fenomen med smelting eller flyt.De fire veggene til faseendringsmaterialet er henholdsvis aluminiumsplate og aluminium-plastplate.Denne enheten kan realisere funksjonene til hovedsakelig å lagre varme om dagen og hovedsakelig frigjøre varme om natten.

Derfor er det noen problemer ved påføringen av enkelt varmeisolasjonsmateriale, slik som lav varmeisolasjonseffektivitet, stort varmetap, kort varmelagringstid osv. Bruk derfor kompositt termisk isolasjonsmateriale som termisk isolasjonslag og innendørs og utendørs termisk isolasjon Dekklag av varmelagringsenhet kan effektivt forbedre den termiske isolasjonsytelsen til drivhuset, redusere varmetapet til drivhuset og dermed oppnå effekten av å spare energi.

Forskning og anvendelse av ny vegg

Som en slags innkapslingskonstruksjon er veggen en viktig barriere for drivhusets kuldebeskyttelse og varmekonservering.I henhold til veggmaterialene og strukturene kan utviklingen av drivhusets nordlige vegg deles inn i tre typer: enkeltlagsveggen laget av jord, murstein, etc., og den lagdelte nordveggen laget av leirstein, blokkmurstein, polystyrenplater osv. med indre varmelagring og ytre varmeisolasjon, og de fleste av disse veggene er tidkrevende og arbeidskrevende;Derfor har det de siste årene dukket opp mange nye typer vegger, som er enkle å bygge og egner seg for rask montering.

Fremveksten av nye sammensatte vegger fremmer den raske utviklingen av sammensatte drivhus, inkludert ny type komposittvegger med utvendige vanntette og antialdringsmaterialer og materialer som filt, perlebomull, rombomull, glassbomull eller resirkulert bomull som varme isolasjonslag, for eksempel fleksible sammensatte vegger av spraybundet bomull i Xinjiang.I tillegg har andre studier også rapportert den nordlige veggen av sammensatt drivhus med varmelagringslag, for eksempel mursteinfylt hveteskallmørtelblokk i Xinjiang.Under det samme ytre miljøet, når den laveste utetemperaturen er -20,8 ℃, er temperaturen i soldrivhuset med hveteskallmørtelblokkkomposittvegg 7,5 ℃, mens temperaturen i soldrivhuset med mursteinsbetongvegg er 3,2 ℃.Innhøstingstiden for tomat i et drivhus i murstein kan økes med 16 dager, og utbyttet av et drivhus kan økes med 18,4%.

Anleggsteamet ved Northwest A&F University fremmet designideen om å lage halm, jord, vann, stein og faseendringsmaterialer til termisk isolasjon og varmelagringsmoduler fra lysvinkelen og forenklet veggdesign, noe som fremmet applikasjonsforskningen av modulære monterte vegg.For eksempel, sammenlignet med vanlig murveggdrivhus, er gjennomsnittstemperaturen i drivhuset 4,0 ℃ høyere på en typisk solrik dag.Tre typer uorganiske faseendringssementmoduler, som er laget av faseendringsmateriale (PCM) og sement, har akkumulert varme på 74,5, 88,0 og 95,1 MJ/m³, og frigjort varme på 59,8, 67,8 og 84,2 MJ/m³, henholdsvis.De har funksjonene "toppskjæring" på dagtid, "dalfylling" om natten, absorberer varme om sommeren og frigjør varme om vinteren.

Disse nye veggene monteres på stedet, med kort byggetid og lang levetid, som skaper forutsetninger for bygging av lette, forenklede og raskt sammensatte prefabrikkerte drivhus, og kan i stor grad fremme strukturreformen av drivhusene.Imidlertid er det noen defekter i denne typen vegger, slik som spraybundet bomulls termisk isolasjonsdynevegg har utmerket varmeisolasjonsytelse, men mangler varmelagringskapasitet, og faseendringens byggemateriale har problemet med høye brukskostnader.I fremtiden bør anvendelsesforskningen av montert vegg styrkes.

Ny energi, nye materialer og nye design hjelper drivhusstrukturen til å endre seg.

Forskning og innovasjon av ny energi og nye materialer danner grunnlaget for designinnovasjon av drivhus.Energibesparende solcelledrivhus og bueskur er de største skurstrukturene i Kinas landbruksproduksjon, og de spiller en viktig rolle i landbruksproduksjonen.Men med utviklingen av Kinas sosiale økonomi, blir manglene ved de to typene anleggsstrukturer i økende grad presentert.For det første er plassen til anleggsstrukturer liten og graden av mekanisering er lav;For det andre har det energibesparende soldrivhuset god varmeisolasjon, men arealbruken er lav, noe som tilsvarer å erstatte drivhusenergien med jord.Vanlig buebod har ikke bare liten plass, men har også dårlig varmeisolasjon.Selv om flerspennsdrivhuset har stor plass, har det dårlig varmeisolasjon og høyt energiforbruk.Derfor er det viktig å forske på og utvikle drivhusstrukturen som er egnet for Kinas nåværende sosiale og økonomiske nivå, og forskning og utvikling av ny energi og nye materialer vil hjelpe drivhusstrukturen til å endre seg og produsere en rekke innovative drivhusmodeller eller strukturer.

Innovativ forskning på asymmetrisk vannkontrollert bryggedrivhus med stort spenn

Det asymmetriske, vannkontrollerte bryggedrivhuset med stort spenn (patentnummer: ZL 201220391214.2) er basert på prinsippet om sollysdrivhus, endrer den symmetriske strukturen til vanlig plastdrivhus, øker det sørlige spennet, øker belysningsområdet til det sørlige taket, reduserer det nordlige spennet og reduserer varmespredningsområdet, med et spenn på 18~24m og en mønehøyde på 6~7m.Gjennom designinnovasjon har den romlige strukturen blitt betydelig økt.Samtidig løses problemene med utilstrekkelig varme i drivhus om vinteren og dårlig termisk isolasjon av vanlige varmeisolasjonsmaterialer ved å bruke ny teknologi for biomassebrygging av varme og varmeisolasjonsmaterialer.Produksjons- og forskningsresultatene viser at det asymmetriske, vannkontrollerte bryggedrivhuset med stor spennvidde, med en gjennomsnittstemperatur på 11,7 ℃ på solfylte dager og 10,8 ℃ på overskyede dager, kan møte etterspørselen etter avlingsvekst om vinteren, og byggekostnadene på drivhuset reduseres med 39,6 % og arealutnyttelsesgraden økes med mer enn 30 % sammenlignet med drivhuset i polystyren murvegg, som er egnet for ytterligere popularisering og bruk i Yellow Huaihe River Basin i Kina.

Sammensatt sollys drivhus

Sammensatt sollysdrivhus tar søyler og takskjelett som bærende struktur, og veggmaterialet er hovedsakelig varmeisolerende kabinett, i stedet for bærende og passiv varmelagring og frigjøring.Hovedsakelig: (1) en ny type montert vegg dannes ved å kombinere ulike materialer som belagt film eller farget stålplate, stråblokk, fleksibel varmeisolasjonsdyne, mørtelblokk osv. (2) komposittveggplate laget av prefabrikkert sementplate -polystyrenplate-sementplate;(3) Lett og enkel monteringstype av varmeisolasjonsmaterialer med aktivt varmelagrings- og frigjøringssystem og avfuktingssystem, som for eksempel varmelagring av plastbøtte og rørledningsvarmelagring.Å bruke forskjellige nye varmeisolasjonsmaterialer og varmelagringsmaterialer i stedet for tradisjonelle jordvegger for å bygge solcelledrivhus har stor plass og liten anleggsteknikk.De eksperimentelle resultatene viser at temperaturen på drivhuset om natten om vinteren er 4,5 ℃ høyere enn for det tradisjonelle drivhuset med murvegger, og tykkelsen på bakveggen er 166 mm.Sammenlignet med det 600 mm tykke drivhuset med murvegg, reduseres det okkuperte området på veggen med 72%, og kostnaden per kvadratmeter er 334,5 yuan, som er 157,2 yuan lavere enn for murveggdrivhuset, og byggekostnaden har falt betydelig.Derfor har det sammensatte drivhuset fordelene med mindre ødeleggelse av dyrket mark, arealbesparelse, rask byggehastighet og lang levetid, og det er en nøkkelretning for innovasjon og utvikling av soldrivhus i dag og i fremtiden.

Glidende sollys drivhus

Det skateboardmonterte energibesparende soldrivhuset utviklet av Shenyang Agricultural University bruker bakveggen til soldrivhuset til å danne et vannsirkulerende veggvarmelagringssystem for å lagre varme og heve temperaturen, som hovedsakelig består av et basseng (32m).³), en lyssamlerplate (360m²), en vannpumpe, et vannrør og en kontroller.Det fleksible varmeisolasjonsdynet er erstattet av et nytt lett steinullfarget stålplatemateriale på toppen.Forskningen viser at dette designet effektivt løser problemet med gavler som blokkerer lys, og øker lysinnslippsområdet til drivhuset.Belysningsvinkelen til drivhuset er 41,5°, som er nesten 16° høyere enn kontrolldrivhuset, og forbedrer dermed lyshastigheten.Innetemperaturfordelingen er jevn, og plantene vokser pent.Drivhuset har fordelene ved å forbedre arealbrukseffektiviteten, fleksibelt utforme drivhusstørrelsen og forkorte byggeperioden, noe som er av stor betydning for å beskytte dyrka jordressurser og miljø.

Fotovoltaisk drivhus

Landbruksdrivhus er et drivhus som integrerer solenergiproduksjon, intelligent temperaturkontroll og moderne høyteknologisk planting.Den bruker en stålbeinramme og er dekket med solcellemoduler for å sikre belysningskravene til fotovoltaiske kraftgenereringsmoduler og belysningskravene til hele drivhuset.Likestrømmen som genereres av solenergi supplerer direkte lyset fra landbruksdrivhus, støtter direkte normal drift av drivhusutstyr, driver vanning av vannressurser, øker drivhustemperaturen og fremmer rask vekst av avlinger.Fotovoltaiske moduler på denne måten vil påvirke lyseffektiviteten til drivhustaket, og deretter påvirke den normale veksten av drivhusgrønnsaker.Derfor blir den rasjonelle utformingen av solcellepaneler på taket av drivhuset nøkkelen til bruken.Landbruksdrivhus er et produkt av den organiske kombinasjonen av sightseeinglandbruk og anleggshagearbeid, og det er en innovativ landbruksnæring som integrerer solcellekraftproduksjon, landbrukssightseeing, landbruksavlinger, landbruksteknologi, landskap og kulturell utvikling.

Innovativ design av drivhusgruppe med energiinteraksjon mellom ulike typer drivhus

Guo Wenzhong, en forsker ved Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, bruker oppvarmingsmetoden for energioverføring mellom drivhus for å samle gjenværende varmeenergi i ett eller flere drivhus for å varme opp et eller flere drivhus.Denne oppvarmingsmetoden realiserer overføring av drivhusenergi i tid og rom, forbedrer energiutnyttelseseffektiviteten til den gjenværende drivhusvarmeenergien og reduserer det totale oppvarmingsenergiforbruket.De to drivhustypene kan være ulike drivhustyper eller samme drivhustype for planting av ulike vekster, som for eksempel salat- og tomatdrivhus.Varmeoppsamlingsmetoder inkluderer hovedsakelig å trekke ut innendørs luftvarme og direkte avskjære innfallende stråling.Gjennom solenergiinnsamling, tvungen konveksjon ved varmeveksler og tvungen uttak med varmepumpe ble overskuddsvarmen i høyenergiveksthus hentet ut for oppvarming av drivhus.

oppsummere

Disse nye solcelledrivhusene har fordelene med rask montering, forkortet byggeperiode og forbedret arealutnyttelsesgrad.Derfor er det nødvendig å utforske ytelsen til disse nye drivhusene ytterligere i forskjellige områder, og gi muligheten for storskala popularisering og anvendelse av nye drivhus.Samtidig er det nødvendig å kontinuerlig styrke bruken av ny energi og nye materialer i drivhusene, for å gi kraft til strukturreformen av drivhusene.

Fremtidsutsikter og tenkning

Tradisjonelle drivhus har ofte noen ulemper, som høyt energiforbruk, lav arealutnyttelsesgrad, tidkrevende og arbeidskrevende, dårlig ytelse, etc., som ikke lenger kan dekke produksjonsbehovene til moderne landbruk, og som er nødt til å bli gradvis eliminert.Derfor er det en utviklingstrend å bruke nye energikilder som solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og vindenergi, nye drivhuspåføringsmaterialer og nye design for å fremme den strukturelle endringen av drivhus.Først av alt, det nye drivhuset drevet av ny energi og nye materialer skal ikke bare møte behovene til mekanisert drift, men også spare energi, land og kostnader.For det andre er det nødvendig å kontinuerlig utforske ytelsen til nye drivhus i forskjellige områder, for å gi betingelser for storskala popularisering av drivhus.I fremtiden bør vi søke ytterligere etter ny energi og nye materialer som egner seg for drivhusbruk, og finne den beste kombinasjonen av ny energi, nye materialer og drivhus, for å gjøre det mulig å bygge et nytt drivhus med lave kostnader, kort konstruksjon periode, lavt energiforbruk og utmerket ytelse, hjelper drivhusstrukturen endres og fremmer moderniseringsutviklingen av drivhus i Kina.

Selv om bruk av ny energi, nye materialer og nye design i drivhuskonstruksjon er en uunngåelig trend, er det fortsatt mange problemer som må studeres og overvinnes: (1) Byggekostnaden øker.Sammenlignet med tradisjonell oppvarming med kull, naturgass eller olje, er bruken av ny energi og nye materialer miljøvennlig og forurensningsfri, men byggekostnadene økes betydelig, noe som har en viss innvirkning på investeringsutvinningen av produksjon og drift .Sammenlignet med energiutnyttelse vil kostnadene for nye materialer øke betydelig.(2) Ustabil utnyttelse av varmeenergi.Den største fordelen med ny energiutnyttelse er lave driftskostnader og lavt utslipp av karbondioksid, men tilførselen av energi og varme er ustabil, og overskyede dager blir den største begrensende faktoren i solenergiutnyttelsen.I prosessen med biomassevarmeproduksjon ved gjæring, er den effektive utnyttelsen av denne energien begrenset av problemene med lav gjæringsvarmeenergi, vanskelig styring og kontroll og stor lagringsplass for transport av råvarer.(3) Teknologimodenhet.Disse teknologiene som brukes av ny energi og nye materialer er avansert forskning og teknologiske prestasjoner, og deres anvendelsesområde og omfang er fortsatt ganske begrenset.De har ikke bestått mange ganger, mange nettsteder og storstilt praksisverifisering, og det er uunngåelig noen mangler og teknisk innhold som må forbedres i applikasjonen.Brukere benekter ofte utviklingen av teknologi på grunn av de mindre manglene.(4) Teknologipenetrasjonsraten er lav.Den brede anvendelsen av en vitenskapelig og teknologisk prestasjon krever en viss popularitet.For tiden er ny energi, ny teknologi og ny drivhusdesignteknologi i teamet av vitenskapelige forskningssentre på universiteter med en viss innovasjonsevne, og de fleste tekniske etterspørre eller designere vet det fortsatt ikke;Samtidig er populariseringen og anvendelsen av nye teknologier fortsatt ganske begrenset fordi kjerneutstyret til nye teknologier er patentert.(5) Integreringen av ny energi, nye materialer og design av drivhusstrukturer må styrkes ytterligere.Fordi energi, materialer og design av drivhusstrukturer tilhører tre forskjellige disipliner, mangler talenter med erfaring med drivhusdesign ofte forskning på drivhusrelatert energi og materialer, og omvendt;Derfor må forskere relatert til energi- og materialforskning styrke etterforskningen og forståelsen av de faktiske behovene til utvikling av drivhusindustrien, og strukturdesignere bør også studere nye materialer og ny energi for å fremme dyp integrasjon av de tre relasjonene, for å oppnå målet om praktisk drivhusforskningsteknologi, lave byggekostnader og god brukseffekt.Basert på problemene ovenfor, foreslås det at staten, lokale myndigheter og vitenskapelige forskningssentre bør intensivere teknisk forskning, utføre felles forskning i dybden, styrke publisiteten til vitenskapelige og teknologiske prestasjoner, forbedre populariseringen av prestasjoner og raskt realisere mål om ny energi og nye materialer for å hjelpe den nye utviklingen av drivhusindustrien.

Sitert informasjon

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Ny energi, nye materialer og nytt design hjelper den nye revolusjonen av drivhus [J].Grønnsaker, 2022,(10):1-8.