Drivhushagebruk landbruksteknikkteknologi 2022-12-02 17:30 publisert i Beijing

Utvikling av solcelledrivhus i ikke-dyrkede områder som ørken, Gobi og sandland har effektivt løst motsetningen mellom mat og grønnsaker som konkurrerer om land. Det er en av de avgjørende miljøfaktorene for vekst og utvikling av temperaturvekster, som ofte avgjør om produksjonen av drivhusvekster lykkes eller mislykkes. For å utvikle solcelledrivhus i ikke-dyrkede områder må vi derfor først løse problemet med miljøtemperaturen i drivhus. I denne artikkelen oppsummeres temperaturkontrollmetodene som er brukt i ikke-dyrkede drivhus de siste årene, og de eksisterende problemene og utviklingsretningene for temperatur- og miljøvern i ikke-dyrkede solcelledrivhus analyseres og oppsummeres.

Kina har en stor befolkning og mindre tilgjengelige landressurser. Mer enn 85 % av landressursene er ikke-dyrkede landressurser, som hovedsakelig er konsentrert i det nordvestlige Kina. Dokument nr. 1 fra sentralkomiteen i 2022 påpekte at utviklingen av anleggsjordbruk bør akselereres, og med utgangspunkt i å beskytte det økologiske miljøet bør utnyttbart ledig land og ødemark utforskes for å utvikle anleggsjordbruk. Nordvest-Kina er rikt på ørken, Gobi, ødemark og andre ikke-dyrkede landressurser og naturlige lys- og varmeressurser, som er egnet for utvikling av anleggsjordbruk. Derfor er utvikling og utnyttelse av ikke-dyrkede landressurser for å utvikle ikke-dyrkede landdrivhus av stor strategisk betydning for å sikre nasjonal matsikkerhet og lindre konflikter om arealbruk.

For tiden er ikke-dyrket solcelledrivhus den viktigste formen for høyeffektiv landbruksutvikling i ikke-dyrket mark. I det nordvestlige Kina er temperaturforskjellen mellom dag og natt stor, og temperaturen om natten om vinteren er lav, noe som ofte fører til at minimumstemperaturen inne er lavere enn temperaturen som kreves for normal vekst og utvikling av avlinger. Temperatur er en av de uunnværlige miljøfaktorene for vekst og utvikling av avlinger. For lav temperatur vil bremse de fysiologiske og biokjemiske reaksjonene til avlinger og bremse deres vekst og utvikling. Når temperaturen er lavere enn grensen avlingene tåler, vil det til og med føre til frostskader. Derfor er det spesielt viktig å sikre temperaturen som kreves for normal vekst og utvikling av avlinger. For å opprettholde riktig temperatur i solcelledrivhuset er det ikke et enkelt tiltak som kan løses. Det må garanteres ut fra aspekter ved drivhusdesign, konstruksjon, materialvalg, regulering og daglig drift. Derfor vil denne artikkelen oppsummere forskningsstatus og fremdrift innen temperaturkontroll av ikke-dyrkede drivhus i Kina de siste årene, sett fra aspekter som drivhusdesign og -konstruksjon, varmebevaring og oppvarmingstiltak og miljøforvaltning, for å gi en systematisk referanse for rasjonell design og forvaltning av ikke-dyrkede drivhus.

Drivhusstruktur og materialer

Det termiske miljøet i et drivhus avhenger hovedsakelig av drivhusets overførings-, avskjærings- og lagringskapasitet for solstråling, noe som er relatert til en rimelig utforming av drivhusets orientering, form og materiale på den lysgjennomsiktige overflaten, struktur og materiale på vegg og baktak, fundamentisolasjon, drivhusets størrelse, nattisolasjonsmetode og materiale på fortak, etc., og det er også relatert til om konstruksjonen og byggeprosessen til drivhuset kan sikre effektiv realisering av designkrav.

Lysgjennomgangskapasitet på fortaket

Hovedenergien i drivhuset kommer fra solen. Å øke lysgjennomgangskapasiteten til fortaket er gunstig for at drivhuset skal få mer varme, og det er også et viktig grunnlag for å sikre et stabilt temperaturmiljø i drivhuset om vinteren. For tiden finnes det tre hovedmetoder for å øke lysgjennomgangskapasiteten og lysmottakstiden til fortaket på drivhuset.

01 design rimelig drivhusorientering og asimut

Drivhusets retning påvirker lysytelsen og drivhusets varmelagringskapasitet. For å få mer varmelagring i drivhuset, bør derfor ikke-dyrkede drivhus i nordvest-Kina vende mot sør. For drivhusets spesifikke asimut, er det gunstig å "gripe solen" når man velger sør-øst, slik at innetemperaturen stiger raskt om morgenen. Når man velger sør-vest, er det gunstig for drivhuset å utnytte ettermiddagslyset. Sørretningen er et kompromiss mellom de to ovennevnte situasjonene. I følge geofysikkens kunnskap roterer jorden 360° på en dag, og solens asimut beveger seg omtrent 1° hvert 4. minutt. Derfor, hver gang drivhusets asimut avviker med 1°, vil tiden for direkte sollys avvike med omtrent 4 minutter, det vil si at drivhusets asimut påvirker tidspunktet når drivhuset ser lys om morgenen og kvelden.

Når morgen- og ettermiddagslystimene er like, og øst eller vest har samme vinkel, vil drivhuset få de samme lystimene. For området nord for 37° nordlig breddegrad er imidlertid temperaturen lav om morgenen, og tidspunktet for avdekking av teppet er sent, mens temperaturen er relativt høy om ettermiddagen og kvelden, så det er passende å utsette tidspunktet for lukking av varmeisolasjonsteppet. Derfor bør disse områdene velge sør-vestlig retning og utnytte ettermiddagslyset fullt ut. For områder med 30°~35° nordlig breddegrad, på grunn av bedre lysforhold om morgenen, kan tidspunktet for varmebevaring og avdekking av teppet også fremskyndes. Derfor bør disse områdene velge sør-østlig retning for å strebe etter mer morgensolstråling for drivhuset. I området 35°~37° nordlig breddegrad er det imidlertid liten forskjell i solstråling om morgenen og ettermiddagen, så det er bedre å velge retning rett sør. Enten det er sørøst eller sørvest, er avviksvinkelen vanligvis 5° ~ 8°, og maksimumet skal ikke overstige 10°. Nordvest-Kina ligger i området 37° ~ 50° nordlig bredde, så asimutvinkelen til drivhuset er vanligvis fra sør til vest. I lys av dette har sollysdrivhuset designet av Zhang Jingshe etc. i Taiyuan-området valgt en retning på 5° vest for sør, sollysdrivhuset bygget av Chang Meimei etc. i Gobi-området i Hexi-korridoren har valgt en retning på 5° til 10° vest for sør, og sollysdrivhuset bygget av Ma Zhigui etc. i Nord-Xinjiang har valgt en retning på 8° vest for sør.

02 Design rimelig form på fronttaket og hellingsvinkel

Formen og helningen på fortaket bestemmer innfallsvinkelen til solstrålene. Jo mindre innfallsvinkelen er, desto større er transmittansen. Sun Juren mener at formen på fortaket hovedsakelig bestemmes av forholdet mellom lengden på hovedbelysningsflaten og bakhellingen. Lang fronthelling og kort bakhelling er gunstig for belysning og varmebevaring av fortaket. Chen Wei-Qian og andre mener at hovedbelysningstaket til solcelledrivhus som brukes i Gobi-området, bruker en sirkelbue med en radius på 4,5 m, som effektivt kan motstå kulde. Zhang Jingshe osv. mener at det er mer passende å bruke halvsirkelbuer på fortaket til drivhus i alpine og høye breddegrader. Når det gjelder hellingsvinkelen på fortaket, i henhold til lystransmisjonsegenskapene til plastfilm, er refleksjonsevnen til fortaket mot sollyset liten når innfallsvinkelen er 0 ~ 40°, og når den overstiger 40°, øker refleksjonsevnen betydelig. Derfor brukes 40° som den maksimale innfallsvinkelen for å beregne helningsvinkelen på fortaket, slik at selv under vintersolverv kan solstrålingen trenge inn i drivhuset i størst mulig grad. Da He Bin og andre designet et soldrevet drivhus som er egnet for ubearbeidede områder i Wuhai i Indre Mongolia, beregnet de derfor helningsvinkelen på fortaket med en innfallsvinkel på 40°, og mente at så lenge den var større enn 30°, kunne den oppfylle kravene til drivhusbelysning og varmebevaring. Zhang Caihong og andre mener at når man bygger drivhus i ubearbeidede områder i Xinjiang, er helningsvinkelen på fortaket på drivhus i sørlige Xinjiang 31°, mens den i nordlige Xinjiang er 32°~33,5°.

03 Velg passende gjennomsiktige dekkmaterialer.

I tillegg til påvirkningen fra utendørs solstråling, er materialet og lysgjennomgangsegenskapene til drivhusfilm også viktige faktorer som påvirker lys- og varmemiljøet i drivhuset. For tiden er lysgjennomgangen til plastfilmer som PE, PVC, EVA og PO forskjellig på grunn av forskjellige materialer og filmtykkelser. Generelt sett kan lysgjennomgangen til filmer som har vært brukt i 1-3 år garanteres å være over 88 % totalt sett, noe som bør velges i henhold til avlingenes behov for lys og temperatur. I tillegg til lysgjennomgangen i drivhuset er fordelingen av lysmiljøet i drivhuset også en faktor som folk legger mer og mer vekt på. Derfor har lysgjennomgangsmateriale med forbedret spredning av lys blitt høyt anerkjent av industrien de siste årene, spesielt i områder med sterk solstråling i det nordvestlige Kina. Bruken av forbedret spredning av lysfilm har redusert skyggeeffekten på toppen og bunnen av avlingskronet, økt lyset i midtre og nedre deler av avlingskronet, forbedret de fotosyntetiske egenskapene til hele avlingen, og vist en god effekt på å fremme vekst og øke produksjonen.

Rimelig utforming av drivhusstørrelse

Drivhusets lengde er for lang eller for kort, noe som vil påvirke temperaturkontrollen inne. Når drivhusets lengde er for kort, før soloppgang og solnedgang, blir området som skygges av øst- og vestgavlene stort, noe som ikke bidrar til oppvarming av drivhuset. På grunn av det lille volumet vil det påvirke varmeopptaket og varmeavgivelsen fra innendørsjorden og veggen. Når lengden er for stor, er det vanskelig å kontrollere innetemperaturen, og det vil påvirke fastheten til drivhusstrukturen og konfigurasjonen av varmebevaringsmekanismen. Drivhusets høyde og spenn påvirker direkte dagslyset på fortaket, størrelsen på drivhusrommet og isolasjonsforholdet. Når spennet og lengden på drivhuset er fast, kan økning av drivhusets høyde øke belysningsvinkelen på fortaket fra lysmiljøets perspektiv, noe som bidrar til lysgjennomgang. Fra et termisk miljøs synspunkt øker veggens høyde, og varmelagringsområdet på bakveggen øker, noe som er gunstig for varmelagring og varmeavgivelse fra bakveggen. Dessuten er plassen stor, varmekapasiteten er også stor, og det termiske miljøet i drivhuset er mer stabilt. Å øke høyden på drivhuset vil selvfølgelig øke kostnadene, noe som krever omfattende vurdering. Derfor bør vi velge en rimelig lengde, spennvidde og høyde i henhold til lokale forhold når vi designer et drivhus. For eksempel mener Zhang Caihong og andre at i Nord-Xinjiang er lengden på drivhuset 50~80 m, spennvidden er 7 m og høyden på drivhuset er 3,9 m, mens i Sør-Xinjiang er lengden på drivhuset 50~80 m, spennvidden er 8 m og høyden på drivhuset er 3,6~4,0 m. Det er også antatt at spennvidden på drivhuset ikke bør være mindre enn 7 m, og når spennvidden er 8 m, er varmebevaringseffekten best. I tillegg mener Chen Weiqian og andre at lengden, spennvidden og høyden på soldrivhuset bør være henholdsvis 80 m, 8–10 m og 3,8–4,2 m når det bygges i Gobi-området i Jiuquan, Gansu.

Forbedre veggens varmelagring og isolasjonskapasitet

På dagtid akkumulerer veggen varme ved å absorbere solstråling og varmen fra noe av inneluften. Om natten, når innetemperaturen er lavere enn veggtemperaturen, vil veggen passivt frigjøre varme for å varme opp drivhuset. Som drivhusets viktigste varmelagringsenhet kan veggen forbedre innetemperaturen om natten betydelig ved å forbedre varmelagringskapasiteten. Samtidig er veggens varmeisolasjonsfunksjon grunnlaget for stabiliteten i drivhusets termiske miljø. For tiden finnes det flere metoder for å forbedre veggenes varmelagrings- og isolasjonskapasitet.

01 design rimelig veggstruktur

Veggens funksjon omfatter hovedsakelig varmelagring og varmebevaring, og samtidig fungerer de fleste drivhusveggene også som bærende elementer for å støtte takstolen. Med tanke på å oppnå et godt termisk miljø, bør en rimelig veggkonstruksjon ha nok varmelagringskapasitet på innsiden og nok varmebevaringskapasitet på utsiden, samtidig som unødvendige kuldebroer reduseres. I forskningen på varmelagring og isolasjon av vegger designet Bao Encai og andre den passive varmelagringsveggen av størknet sand i Wuhai-ørkenområdet i Indre Mongolia. Porøs murstein ble brukt som isolasjonslag på utsiden og størknet sand ble brukt som varmelagringslag på innsiden. Testen viste at innetemperaturen kunne nå 13,7 ℃ på solfylte dager. Ma Yuehong etc. designet en komposittvegg av hveteskallmørtelblokker i Nord-Xinjiang, der brent kalk fylles i mørtelblokker som et varmelagringslag og slaggposer stables utendørs som et isolasjonslag. Hulblokkveggen designet av Zhao Peng osv. i Gobi-området i Gansu-provinsen, bruker 100 mm tykk benzenplate som isolasjonslag på utsiden og sand og hulblokkmurstein som varmelagringslag på innsiden. Testen viser at gjennomsnittstemperaturen om vinteren er over 10 ℃ om natten, og Chai Regeneration osv. bruker også sand og grus som isolasjonslag og varmelagringslag i veggen i Gobi-området i Gansu-provinsen. Når det gjelder å redusere kuldebroer, designet Yan Junyue osv. en lett og forenklet montert bakvegg, som ikke bare forbedret veggens termiske motstand, men også forbedret veggens tetningsegenskaper ved å lime polystyrenplater på utsiden av bakveggen. Wu Letian osv. satte armert betongringbjelke over fundamentet til drivhusveggen, og brukte trapesformet mursteinspreging rett over ringbjelken for å støtte baktaket, noe som løste problemet med at sprekker og fundamentsinnsynkninger er lett å oppstå i drivhus i Hotian, Xinjiang, noe som påvirker den termiske isolasjonen i drivhus.

02 Velg passende varmelagrings- og isolasjonsmaterialer.

Veggens varmelagring og isolasjonseffekt avhenger først og fremst av materialvalget. I den nordvestlige ørkenen, Gobi, sandland og andre områder, i henhold til forholdene på stedet, tok forskere lokale materialer og gjorde dristige forsøk på å designe mange forskjellige typer bakvegger til solcelledrivhus. For eksempel, da Zhang Guosen og andre bygde drivhus i sand- og grusfelt i Gansu, ble sand og grus brukt som varmelagring og isolasjonslag i veggene. I henhold til egenskapene til Gobi og ørkenen i nordvest-Kina, designet Zhao Peng en slags hulblokkvegg med sandstein og hulblokk som materialer. Testen viser at den gjennomsnittlige innendørs nattetemperaturen er over 10 ℃. I lys av knappheten på byggematerialer som murstein og leire i Gobi-regionen i nordvest-Kina, fant Zhou Changji og andre at lokale drivhus vanligvis bruker småstein som veggmaterialer da de undersøkte solcelledrivhus i Gobi-regionen i Kizilsu, Kirgizistan, Xinjiang. Med tanke på den termiske ytelsen og mekaniske styrken til småstein, har drivhus bygget med småstein god ytelse når det gjelder varmebevaring, varmelagring og lastbæring. På samme måte bruker Zhang Yong osv. også småstein som hovedmateriale for veggen, og designet en uavhengig varmelagrende bakvegg av småstein i Shanxi og andre steder. Testen viser at varmelagringseffekten er god. Zhang osv. designet en type sandsteinsvegg i henhold til egenskapene til det nordvestlige Gobi-området, som kan øke innetemperaturen med 2,5 ℃. I tillegg testet Ma Yuehong og andre varmelagringskapasiteten til blokkfylte sandvegger, blokkvegger og murvegger i Hotian, Xinjiang. Resultatene viste at den blokkfylte sandveggen hadde den største varmelagringskapasiteten. For å forbedre veggens varmelagringsytelse utvikler forskere i tillegg aktivt nye varmelagringsmaterialer og -teknologier. For eksempel foreslo Bao Encai et faseendringsherdemiddelmateriale, som kan brukes til å forbedre varmelagringskapasiteten til bakveggen til solcelledrivhus i nordvestlige ikke-dyrkede områder. Etter hvert som man utforsker lokale materialer, brukes også høystakk, slagg, benzenplater og halm som veggmaterialer, men disse materialene har vanligvis bare en varmebevarende funksjon og ingen varmelagringskapasitet. Generelt sett har vegger fylt med grus og blokker god varmelagring og isolasjonsevne.

03 Øk veggtykkelsen på passende måte

Vanligvis er termisk motstand en viktig indeks for å måle veggens termiske isolasjonsevne, og faktoren som påvirker termisk motstand er tykkelsen på materiallaget i tillegg til materialets termiske ledningsevne. Basert på valg av passende termiske isolasjonsmaterialer kan derfor en passende økning av veggtykkelsen øke veggens totale termiske motstand og redusere varmetapet gjennom veggen, og dermed øke veggens og hele drivhusets termiske isolasjon og varmelagringskapasitet. For eksempel er den gjennomsnittlige tykkelsen på en sandsekkvegg i Zhangye City 2,6 m, mens den på en murvegg i Jiuquan City er 3,7 m. Jo tykkere veggen er, desto større er dens termiske isolasjon og varmelagringskapasitet. For tykke vegger vil imidlertid øke arealbruken og kostnadene ved drivhusbygging. Derfor, med tanke på å forbedre termisk isolasjonskapasitet, bør vi også prioritere å velge materialer med høy termisk isolasjon og lav termisk ledningsevne, som polystyren, polyuretan og andre materialer, og deretter øke tykkelsen tilsvarende.

Rimelig utforming av baktaket

Ved utforming av baktaket er hovedhensynet å ikke forårsake skyggepåvirkning og forbedre den termiske isolasjonskapasiteten. For å redusere skyggepåvirkningen på baktaket, er innstillingen av hellingsvinkelen hovedsakelig basert på det faktum at baktaket kan motta direkte sollys på dagtid når avlinger plantes og produseres. Derfor velges høydevinkelen på baktaket generelt til å være bedre enn den lokale solhøydevinkelen ved vintersolverv på 7°~8°. For eksempel mener Zhang Caihong og andre at når man bygger solcelledrivhus i Gobi og salt-alkali-landområder i Xinjiang, er den prosjekterte lengden på baktaket 1,6 m, slik at hellingsvinkelen på baktaket er 40° i sørlige Xinjiang og 45° i nordlige Xinjiang. Chen Wei-Qian og andre mener at baktaket på solcelledrivhuset i Jiuquan Gobi-området bør helles med 40°. For varmeisolasjon av baktaket bør varmeisolasjonskapasiteten hovedsakelig sikres ved valg av varmeisolasjonsmaterialer, nødvendig tykkelsesutforming og rimelig overlapping av varmeisolasjonsmaterialer under konstruksjon.

Reduser varmetapet i jorden

Om vinternatten, fordi temperaturen i jorda inne er høyere enn i jorda ute, vil varmen fra jorda inne bli overført til jorden utendørs via varmeledning, noe som fører til tap av drivhusvarme. Det finnes flere måter å redusere varmetapet i jorden på.

01 jordisolering

Jorden synker ordentlig ned, unngår det frosne jordlaget og bruker jorden til varmebevaring. For eksempel ble solcelledrivhuset «1448 tre-materialer-en-kropp» utviklet av Chai Regeneration og annet ikke-dyrket land i Hexi Corridor bygget ved å grave 1 m ned, noe som effektivt unngikk det frosne jordlaget. I henhold til det faktum at dybden på frossen jord i Turpan-området er 0,8 m, foreslo Wang Huamin og andre å grave 0,8 m for å forbedre drivhusets varmeisolasjonskapasitet. Da Zhang Guosen osv. bygde bakveggen til det dobbeltbuede dobbeltfilmssolcelledrivhuset på ikke-dyrkbar mark, var gravedybden 1 m. Eksperimentet viste at den laveste temperaturen om natten ble økt med 2~3 ℃ sammenlignet med det tradisjonelle andre generasjons solcelledrivhuset.

02 foundation kuldebeskyttelse

Hovedmetoden er å grave en kuldesikker grøft langs grunnmursdelen av fortaket, fylle ut varmeisolasjonsmaterialer eller kontinuerlig grave ned varmeisolasjonsmaterialer langs grunnmursdelen. Alt dette har som mål å redusere varmetapet forårsaket av varmeoverføring gjennom jorden ved grensedelen av drivhuset. De varmeisolasjonsmaterialene som brukes er hovedsakelig basert på lokale forhold i nordvest-Kina, og kan skaffes lokalt, for eksempel høy, slagg, steinull, polystyrenplater, maisstrå, hestegjødsel, løv, knust gress, sagflis, ugress, halm osv.

03 mulchfilm

Ved å dekke til plastfilmen kan sollyset nå jorden gjennom plastfilmen på dagtid, og jorden absorberer solvarmen og varmes opp. Dessuten kan plastfilmen blokkere langbølget stråling som reflekteres av jorden, og dermed redusere strålingstapet i jorden og øke varmelagringen i jorden. Om natten kan plastfilm hindre konvektiv varmeutveksling mellom jord og inneluft, og dermed redusere varmetapet i jorden. Samtidig kan plastfilm også redusere latent varmetap forårsaket av fordampning av jordvann. Wei Wenxiang dekket drivhuset med plastfilm på Qinghai-platået, og eksperimentet viste at bakketemperaturen kunne økes med omtrent 1 ℃.

Styrk varmeisolasjonsytelsen til fronttaket

Drivhusets fortak er den viktigste varmeavledningsflaten, og den tapte varmen står for mer enn 75 % av det totale varmetapet i drivhuset. Derfor kan styrking av varmeisolasjonskapasiteten til drivhusets fortak effektivt redusere tapet gjennom fortaket og forbedre vintertemperaturmiljøet i drivhuset. For tiden finnes det tre hovedtiltak for å forbedre varmeisolasjonskapasiteten til fortaket.

01 Flerlags gjennomsiktig belegg er tatt i bruk.

Strukturelt sett kan bruk av dobbeltlagsfilm eller trelagsfilm som lysgjennomsiktig overflate i drivhuset effektivt forbedre drivhusets varmeisolasjon. For eksempel designet Zhang Guosen og andre et soldrivhus med dobbeltbue og dobbeltfilm av gravende type i Gobi-området i Jiuquan City. Utsiden av drivhusets fortak er laget av EVA-film, og innsiden av drivhuset er laget av dryppfri PVC-antialdringsfilm. Eksperimenter viser at sammenlignet med tradisjonelle andre generasjons soldrivhus, er varmeisolasjonseffekten enestående, og den laveste temperaturen om natten stiger med gjennomsnittlig 2~3 ℃. På samme måte designet Zhang Jingshe og andre også et soldrivhus med dobbeltfilmbelegg for de klimatiske egenskapene i høye breddegrader og svært kalde områder, noe som forbedret drivhusets varmeisolasjon betydelig. Sammenlignet med kontrolldrivhuset økte nattemperaturen med 3 ℃. I tillegg prøvde Wu Letian og andre å bruke tre lag med 0,1 mm tykk EVA-film på fortaket av soldrivhuset designet i Hetian-ørkenområdet i Xinjiang. Flerlagsfilm kan effektivt redusere varmetapet i fortaket, men fordi lysgjennomgangen til enkeltlagsfilm i utgangspunktet er omtrent 90 %, vil flerlagsfilm naturlig føre til demping av lysgjennomgangen. Derfor er det nødvendig å ta hensyn til lysforholdene og belysningskravene til drivhusene når man velger flerlags lysgjennomgangsbelegg.

02 Forsterk nattisolasjonen på fortaket

Plastfilm brukes på fortaket for å øke lysgjennomgangen på dagtid, og det blir det svakeste stedet i hele drivhuset om natten. Derfor er det å dekke den ytre overflaten av fortaket med et tykt kompositt termisk isolasjonsteppe et nødvendig termisk isolasjonstiltak for solcelledrivhus. For eksempel brukte Liu Yanjie og andre strågardiner og kraftpapir som termisk isolasjonsteppe i eksperimenter i Qinghai-alpinregionen. Testresultatene viste at den laveste innetemperaturen i drivhuset om natten kunne nå over 7,7 ℃. Videre mener Wei Wenxiang at varmetapet i drivhuset kan reduseres med mer enn 90 % ved å bruke doble gressgardiner eller kraftpapir utenfor gressgardiner for termisk isolasjon i dette området. I tillegg brukte Zou Ping osv. et termisk isolasjonsteppe av resirkulert fiber, nålet filt, i solcelledrivhuset i Gobi-regionen i Xinjiang, og Chang Meimei osv. brukte et termisk sandwich-bomulls termisk isolasjonsteppe i solcelledrivhuset i Gobi-regionen i Hexi-korridoren. For tiden finnes det mange typer varmeisolasjonsdyner som brukes i solcelledrivhus, men de fleste er laget av nålet filt, limsprayet bomull, perlebomull osv., med vanntette eller anti-aldrings overflatelag på begge sider. I henhold til varmeisolasjonsmekanismen til varmeisolasjonsdynen, bør vi for å forbedre varmeisolasjonsytelsen begynne med å forbedre varmemotstanden og redusere varmeoverføringskoeffisienten. Hovedtiltakene er å redusere materialenes varmeledningsevne, øke tykkelsen på materiallagene eller øke antall materiallag osv. Derfor er kjernematerialet i varmeisolasjonsdyner med høy varmeisolasjonsytelse ofte laget av flerlags komposittmaterialer. I følge testen kan varmeoverføringskoeffisienten til varmeisolasjonsdynen med høy varmeisolasjonsytelse nå 0,5 W/(m2℃), noe som gir en bedre garanti for varmeisolasjon i drivhus i kalde områder om vinteren. Nordvestområdet er selvfølgelig vindfullt og støvete, og ultrafiolett stråling er sterk, så varmeisolasjonsoverflatelaget bør ha god anti-aldringsytelse.

03 Legg til et internt varmeisolasjonsgardin.

Selv om fortaket på sollysdrivhuset er dekket med et utvendig varmeisolasjonsteppe om natten, er fortaket fortsatt et svakt punkt for hele drivhuset om natten, sammenlignet med andre strukturer i hele drivhuset. Derfor designet prosjektgruppen «Struktur og konstruksjonsteknologi for drivhus i nordvestlig ikke-dyrkbar mark» et enkelt, internt varmeisolasjonssystem (figur 1), der strukturen består av et fast, internt varmeisolasjonsteppe ved forfoten og et bevegelig, internt varmeisolasjonsteppe i det øvre rommet. Det øvre, bevegelige varmeisolasjonsteppet åpnes og brettes på bakveggen av drivhuset om dagen, noe som ikke påvirker belysningen i drivhuset. Det faste varmeisolasjonsteppet nederst fungerer som forsegling om natten. Den interne isolasjonsdesignen er pen og enkel å betjene, og kan også fungere som skyggelegging og kjøling om sommeren.

Aktiv oppvarmingsteknologi

På grunn av den lave vintertemperaturen i det nordvestlige Kina, kan vi fortsatt ikke oppfylle kravene til avlingers overvintringsproduksjon i kaldt vær hvis vi bare stoler på varmebevaring og varmelagring i drivhus, så noen aktive oppvarmingstiltak er også involvert.

Solenergilagring og varmeutløsningssystem

Det er en viktig grunn til at veggen har funksjoner som varmebevaring, varmelagring og lastbæring, noe som fører til høye byggekostnader og lav arealutnyttelsesgrad for solcelledrivhus. Derfor er forenkling og montering av solcelledrivhus bundet til å være en viktig utviklingsretning i fremtiden. Blant annet er forenkling av veggens funksjon å frigjøre veggens varmelagrings- og frigjøringsfunksjon, slik at bakveggen kun har varmebevaringsfunksjonen, noe som er en effektiv måte å forenkle utviklingen på. For eksempel er Fang Huis aktive varmelagrings- og frigjøringssystem (figur 2) mye brukt i ikke-dyrkede områder som Gansu, Ningxia og Xinjiang. Varmeinnsamlingsenheten henges på nordveggen. Om dagen lagres varmen som samles opp av varmeinnsamlingsenheten i varmelagringslegemet gjennom sirkulasjon av varmelagringsmediet, og om natten frigjøres og varmes varmen opp av sirkulasjon av varmelagringsmediet, og dermed realiseres varmeoverføring i tid og rom. Eksperimenter viser at minimumstemperaturen i drivhuset kan økes med 3~5 ℃ ved å bruke denne enheten. Wang Zhiwei osv. lanserte et vanngardinvarmesystem for solcelledrivhus i det sørlige Xinjiang-ørkenområdet, som kan øke temperaturen i drivhuset med 2,1 ℃ om natten.

I tillegg designet Bao Encai etc. et aktivt varmelagringssystem for nordveggen. På dagtid strømmer varmluft innendørs gjennom varmeoverføringskanalen som er innebygd i nordveggen, via sirkulasjon av aksialvifter, og varmeoverføringskanalen utveksler varme med varmelagringslaget inne i veggen, noe som forbedrer veggens varmelagringskapasitet betydelig. I tillegg lagrer solcellepanelets faseendringsvarmelagringssystem designet av Yan Yantao etc. varme i faseendringsmaterialene gjennom solfangere på dagtid, og avgir deretter varmen til inneluften gjennom luftsirkulasjon om natten, noe som kan øke gjennomsnittstemperaturen med 2,0 ℃ om natten. Ovennevnte solenergiutnyttelsesteknologier og -utstyr har egenskaper som økonomisk, energibesparende og lavkarbon. Etter optimalisering og forbedring bør de ha gode anvendelsesmuligheter i områder med rikelig med solenergiressurser i nordvest-Kina.

Andre tilleggsoppvarmingsteknologier

01 biomasseenergioppvarming

Strø, halm, kumøkk, sauemøkk og fjærfemøkk blandes med biologiske bakterier og begraves i jorden i drivhuset. Mye varme genereres under gjæringsprosessen, og mange gunstige stammer, organisk materiale og CO2 genereres under gjæringsprosessen. Gunstige stammer kan hemme og drepe en rekke bakterier, og kan redusere forekomsten av drivhussykdommer og skadedyr. Organisk materiale kan bli gjødsel for avlinger. Den produserte CO2-en kan forbedre fotosyntesen til avlinger. For eksempel begravde Wei Wenxiang varm organisk gjødsel som hestegjødsel, kugjødsel og sauegjødsel i innendørs jord i soldrivhuset på Qinghai-platået, noe som effektivt økte bakketemperaturen. I soldrivhuset i Gansu-ørkenen brukte Zhou Zhilong halm og organisk gjødsel til å gjære mellom avlinger. Testen viste at temperaturen i drivhuset kunne økes med 2~3 ℃.

02 kullfyring

Det finnes kunstige ovner, energisparende varmtvannsberedere og oppvarming. For eksempel, etter undersøkelser på Qinghai-platået, fant Wei Wenxiang ut at kunstig ovnoppvarming hovedsakelig ble brukt lokalt. Denne oppvarmingsmetoden har fordelene med raskere oppvarming og tydelig oppvarmingseffekt. Imidlertid vil skadelige gasser som SO2, CO og H2S produseres i prosessen med å brenne kull, så det er nødvendig å gjøre en god jobb med å slippe ut skadelige gasser.

03 elektrisk oppvarming

Bruk elektrisk varmetråd til å varme opp taket på drivhuset, eller bruk en elektrisk varmeovn. Varmeeffekten er bemerkelsesverdig, bruken er trygg, det genereres ingen forurensende stoffer i drivhuset, og varmeutstyret er enkelt å kontrollere. Chen Weiqian og andre mener at problemet med frostskader om vinteren i Jiuquan-området hindrer utviklingen av lokalt Gobi-jordbruk, og elektriske varmeelementer kan brukes til å varme opp drivhuset. På grunn av bruken av høykvalitets elektriske energikilder er imidlertid energiforbruket høyt og kostnadene høye. Det anbefales at det brukes som en midlertidig nødoppvarming i ekstremt kaldt vær.

Miljøforvaltningstiltak

I produksjons- og bruksprosessen av drivhus kan ikke hele utstyret og normal drift effektivt sikre at det termiske miljøet oppfyller designkravene. Faktisk spiller bruk og administrasjon av utstyr ofte en nøkkelrolle i dannelsen og vedlikeholdet av det termiske miljøet, hvorav den viktigste er den daglige administrasjonen av termisk isolasjon, teppe og ventilasjon.

Håndtering av termisk isolasjonsdyne

Termisk isolasjonsteppe er nøkkelen til nattlig termisk isolasjon av taket foran, så det er ekstremt viktig å forbedre den daglige håndteringen og vedlikeholdet. Spesielt følgende problemer bør man være oppmerksom på: ① Velg riktig åpnings- og lukketid for termisk isolasjonsteppe. Åpnings- og lukketiden for termisk isolasjonsteppe påvirker ikke bare belysningstiden i drivhuset, men påvirker også oppvarmingsprosessen i drivhuset. Å åpne og lukke termisk isolasjonsteppe for tidlig eller for sent er ikke gunstig for varmeoppsamling. Om morgenen, hvis teppet er avdekket for tidlig, vil innetemperaturen synke for mye på grunn av lav utetemperatur og svakt lys. Tvert imot, hvis tidspunktet for å avdekke teppet er for sent, vil tidspunktet for å motta lys i drivhuset bli forkortet, og tiden for innetemperaturstigning vil bli forsinket. Om ettermiddagen, hvis termisk isolasjonsteppe slås av for tidlig, vil innendørs eksponeringstid bli forkortet, og varmelagringen av innendørs jord og vegger vil bli redusert. Tvert imot, hvis varmebevaringen slås av for sent, vil varmespredningen i drivhuset øke på grunn av lav utetemperatur og svakt lys. Derfor er det generelt sett lurt å si at temperaturen stiger med 1–2 ℃ når varmeisolasjonsdynen slås på om morgenen, mens det er lurt å si at temperaturen stiger med 1–2 ℃ når varmeisolasjonsdynen er slått av. ② Når du lukker varmeisolasjonsdynen, må du være oppmerksom på om den dekker alle fronttakene tett, og justere dem i tide hvis det er en glippe. ③ Etter at varmeisolasjonsdynen er helt ned, må du kontrollere om den nedre delen er komprimert, for å forhindre at varmebevaringseffekten forverres av vinden om natten. ④ Kontroller og vedlikehold varmeisolasjonsdynen i tide, spesielt hvis varmeisolasjonsdynen er skadet, og reparer eller skift den ut i tide. ⑤ Vær oppmerksom på værforholdene i tide. Når det regner eller snør, må du dekke varmeisolasjonsdynen i tide og fjerne snøen i tide.

Håndtering av ventiler

Formålet med ventilasjon om vinteren er å justere lufttemperaturen for å unngå for høy temperatur rundt middagstid. Det andre er å eliminere innendørs fuktighet, redusere luftfuktigheten i drivhuset og kontrollere skadedyr og sykdommer. Det tredje er å øke innendørs CO2-konsentrasjon og fremme avlingsvekst. Ventilasjon og varmebevaring er imidlertid motstridende. Hvis ventilasjonen ikke styres riktig, vil det sannsynligvis føre til problemer med lav temperatur. Derfor må når og hvor lenge ventilene skal åpnes justeres dynamisk i henhold til miljøforholdene i drivhuset til enhver tid. I de nordvestlige ikke-dyrkede områdene er håndteringen av drivhusventiler hovedsakelig delt inn i to måter: manuell betjening og enkel mekanisk ventilasjon. Åpningstiden og ventilasjonstiden for ventilene er imidlertid hovedsakelig basert på folks subjektive vurdering, så det kan hende at ventilene åpnes for tidlig eller for sent. For å løse problemene ovenfor designet Yin Yilei etc. en intelligent takventilasjonsenhet, som kan bestemme åpningstiden og åpnings- og lukkestørrelsen på ventilasjonshullene i henhold til endringer i innemiljøet. Med fordypningen av forskningen på loven om miljøendringer og avlingsetterspørsel, samt populariseringen og fremskrittene av teknologier og utstyr som miljøpersepsjon, informasjonsinnsamling, analyse og kontroll, bør automatisering av ventilasjonsstyring i solcelledrivhus være en viktig utviklingsretning i fremtiden.

Andre forvaltningstiltak

Ved bruk av ulike typer skjermfilmer vil lysgjennomgangskapasiteten gradvis svekkes, og svekkelseshastigheten er ikke bare relatert til deres egne fysiske egenskaper, men også til omgivelsene og håndteringen under bruk. Under bruk er den viktigste faktoren som fører til nedgang i lysgjennomgangsytelsen forurensning av filmoverflaten. Derfor er det ekstremt viktig å utføre regelmessig rengjøring og rengjøring når forholdene tillater det. I tillegg bør drivhusets innkapslingsstruktur kontrolleres regelmessig. Når det er en lekkasje i veggen og taket, bør den repareres i tide for å unngå at drivhuset påvirkes av kaldluftinfiltrasjon.

Eksisterende problemer og utviklingsretning

Forskere har utforsket og studert varmebevarings- og lagringsteknologi, styringsteknologi og oppvarmingsmetoder i drivhus i nordvestlige, ikke-dyrkede områder i mange år. Dette har i hovedsak muliggjort overvintringsproduksjon av grønnsaker, forbedret drivhusenes evne til å motstå kuldeskader ved lav temperatur betraktelig, og i hovedsak muliggjort overvintringsproduksjon av grønnsaker. Dette har gitt et historisk bidrag til å lindre motsetningen mellom mat og grønnsaker som konkurrerer om land i Kina. Imidlertid er det fortsatt følgende problemer med temperaturgarantiteknologien i nordvestlige Kina.

Drivhustyper som skal oppgraderes

For tiden er drivhustypene fortsatt de vanlige som ble bygget på slutten av 1900-tallet og begynnelsen av dette århundret, med enkel struktur, urimelig design, dårlig evne til å opprettholde drivhusets termiske miljø og motstå naturkatastrofer, og mangel på standardisering. Derfor bør formen og helningen på fortaket, drivhusets asimutvinkel, høyden på bakveggen, drivhusets synkedybde osv. standardiseres i fremtidig drivhusdesign ved å fullt ut kombinere de lokale geografiske breddegradene og klimaegenskapene. Samtidig kan bare én avling plantes i et drivhus så langt det er mulig, slik at standardisert drivhustilpasning kan utføres i henhold til lys- og temperaturkravene til de plantede avlingene.

Drivhusskalaen er relativt liten.

Hvis drivhusskalaen er for liten, vil det påvirke stabiliteten i drivhusets termiske miljø og utviklingen av mekanisering. Med den gradvise økningen i lønnskostnader er mekaniseringsutvikling en viktig retning i fremtiden. Derfor bør vi i fremtiden basere oss på det lokale utviklingsnivået, ta hensyn til behovene for mekaniseringsutvikling, rasjonelt utforme innvendig rom og utforming av drivhus, fremskynde forskning og utvikling av landbruksutstyr som er egnet for lokale områder, og forbedre mekaniseringshastigheten for drivhusproduksjon. Samtidig bør relevant utstyr samsvare med standarder i henhold til behovene til avlinger og dyrkingsmønstre, og integrert forskning og utvikling, innovasjon og popularisering av ventilasjons-, fuktighetsreduksjons-, varmebevarings- og oppvarmingsutstyr bør fremmes.

Tykkelsen på vegger som sand og hule blokker er fortsatt tykk.

Hvis veggen er for tykk, selv om isolasjonseffekten er god, vil det redusere utnyttelsesgraden av jord, øke kostnadene og vanskeligheten med konstruksjonen. Derfor kan veggtykkelsen i fremtidig utvikling på den ene siden optimaliseres vitenskapelig i henhold til de lokale klimatiske forholdene. På den annen side bør vi fremme lett og forenklet utvikling av bakveggen, slik at bakveggen i drivhuset bare beholder funksjonen til varmebevaring, og bruke solfangere og annet utstyr for å erstatte varmelagring og -utløsning fra veggen. Solfangere har egenskaper som høy varmeinnsamlingseffektivitet, sterk varmeinnsamlingskapasitet, energisparing, lavt karbonutslipp og så videre, og de fleste av dem kan realisere aktiv regulering og kontroll, og kan utføre målrettet eksoterm oppvarming i henhold til drivhusets miljøkrav om natten, med høyere effektivitet i varmeutnyttelsen.

Det må utvikles et spesielt varmeisolerende teppe.

Taket foran er hoveddelen av varmespredningen i drivhus, og varmeisolasjonsytelsen til varmeisolasjonsduken påvirker direkte det termiske innendørsmiljøet. For tiden er temperaturmiljøet i drivhus i noen områder ikke bra, delvis fordi varmeisolasjonsduken er for tynn, og materialenes varmeisolasjonsytelse er utilstrekkelig. Samtidig har varmeisolasjonsduken fortsatt noen problemer, som dårlig vanntetthet og skiegenskaper, lett aldring av overflate- og kjernematerialer, osv. Derfor bør passende varmeisolasjonsmaterialer i fremtiden velges vitenskapelig i henhold til lokale klimatiske egenskaper og krav, og spesielle varmeisolasjonsdukprodukter som er egnet for lokal bruk og popularisering bør designes og utvikles.

SLUTT

Sitert informasjon

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Forskningsstatus for teknologi for garanti av miljøtemperatur i solcelledrivhus i nordvestlig ikke-dyrket mark [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.