Li Jianming, Sun Guotao, etc.Tecnologia d'enginyeria agrícola hortícola d'hivernacle21-11-2022 17:42 Publicat a Pequín

En els darrers anys, la indústria dels hivernacles s'ha desenvolupat amb força.El desenvolupament d'hivernacle no només millora la taxa d'utilització de la terra i la taxa de producció de productes agrícoles, sinó que també resol el problema de subministrament de fruites i verdures fora de temporada.Tanmateix, l'hivernacle també s'ha trobat amb reptes sense precedents.Les instal·lacions originals, els mètodes de calefacció i les formes estructurals han produït resistència al medi ambient i al desenvolupament.Es necessiten amb urgència nous materials i nous dissenys per canviar l'estructura de l'hivernacle, i es necessiten amb urgència noves fonts d'energia per assolir els propòsits de conservació d'energia i protecció del medi ambient, i augmentar la producció i els ingressos.

Aquest article tracta el tema de "nova energia, nous materials, nou disseny per ajudar a la nova revolució de l'hivernacle", incloent la investigació i innovació de l'energia solar, l'energia de la biomassa, l'energia geotèrmica i altres noves fonts d'energia a l'hivernacle, la investigació i l'aplicació. de nous materials per a revestiment, aïllament tèrmic, parets i altres equips, i la perspectiva de futur i el pensament de noves energies, nous materials i un nou disseny per ajudar a la reforma de l'hivernacle, per tal de proporcionar referència per a la indústria.

El desenvolupament de l'agricultura d'instal·lacions és el requisit polític i l'opció inevitable per implementar l'esperit de les instruccions importants i la presa de decisions del govern central.El 2020, la superfície total d'agricultura protegida a la Xina serà de 2,8 milions d'hm2 i el valor de producció superarà els 1 bilió de iuans.És una manera important de millorar la capacitat de producció d'hivernacle per millorar la il·luminació de l'hivernacle i el rendiment d'aïllament tèrmic mitjançant noves energies, nous materials i un nou disseny d'hivernacle.Hi ha molts inconvenients en la producció tradicional d'hivernacle, com ara el carbó, el fuel i altres fonts d'energia utilitzades per a la calefacció i la calefacció en hivernacles tradicionals, donant lloc a una gran quantitat de gas diòxid, que contamina greument el medi ambient, mentre que el gas natural, l'energia elèctrica i altres fonts d'energia augmenten el cost d'explotació dels hivernacles.Els materials tradicionals d'emmagatzematge de calor per a les parets d'hivernacle són majoritàriament argila i maons, que consumeixen molt i causen greus danys als recursos terrestres.L'eficiència de l'ús del sòl de l'hivernacle solar tradicional amb paret de terra és només del 40% ~ 50%, i l'hivernacle ordinari té una poca capacitat d'emmagatzematge de calor, de manera que no pot viure l'hivern per produir verdures càlides al nord de la Xina.Per tant, el nucli de la promoció del canvi d'hivernacle, o recerca bàsica, es troba en el disseny d'hivernacle, la investigació i el desenvolupament de nous materials i noves energies.Aquest article se centrarà en la recerca i la innovació de noves fonts d'energia en hivernacle, resumeix l'estat de la investigació de noves fonts d'energia com l'energia solar, l'energia de la biomassa, l'energia geotèrmica, l'energia eòlica i nous materials de recobriment transparents, materials d'aïllament tèrmic i materials de paret en hivernacle, analitzen l'aplicació de noves energies i nous materials en la construcció de nous hivernacles i esperen el seu paper en el desenvolupament i transformació futurs d'hivernacle.

Recerca i innovació d'hivernacle de noves energies

La nova energia verda amb el major potencial d'utilització agrícola inclou l'energia solar, l'energia geotèrmica i l'energia de la biomassa, o la utilització integral d'una varietat de noves fonts d'energia, per tal d'aconseguir un ús eficient de l'energia aprenent dels punts forts dels altres.

energia/energia solar

La tecnologia d'energia solar és un mode de subministrament d'energia amb baixes emissions de carboni, eficient i sostenible, i és un component important de les indústries emergents estratègiques de la Xina.Es convertirà en una elecció inevitable per a la transformació i la millora de l'estructura energètica de la Xina en el futur.Des del punt de vista de l'aprofitament energètic, l'hivernacle en si és una estructura d'instal·lacions per a l'aprofitament de l'energia solar.A través de l'efecte hivernacle, l'energia solar es recull a l'interior, s'eleva la temperatura de l'hivernacle i es proporciona la calor necessària per al creixement dels cultius.La principal font d'energia de la fotosíntesi de les plantes d'hivernacle és la llum solar directa, que és l'aprofitament directe de l'energia solar.

01 Generació d'energia fotovoltaica per generar calor

La generació d'energia fotovoltaica és una tecnologia que converteix directament l'energia lluminosa en energia elèctrica a partir de l'efecte fotovoltaic.L'element clau d'aquesta tecnologia és la cèl·lula solar.Quan l'energia solar brilla sobre la matriu de panells solars en sèrie o en paral·lel, els components semiconductors converteixen directament l'energia de la radiació solar en energia elèctrica.La tecnologia fotovoltaica pot convertir directament l'energia lluminosa en energia elèctrica, emmagatzemar electricitat a través de bateries i escalfar l'hivernacle a la nit, però el seu alt cost restringeix el seu desenvolupament posterior.El grup de recerca va desenvolupar un dispositiu de calefacció de grafè fotovoltaic, que consta de panells fotovoltaics flexibles, una màquina de control invers tot en un, una bateria d'emmagatzematge i una barra de calefacció de grafè.Segons la longitud de la línia de plantació, la barra de calefacció de grafè està enterrada sota la bossa de substrat.Durant el dia, els panells fotovoltaics absorbeixen la radiació solar per generar electricitat i l'emmagatzemen a la bateria d'emmagatzematge, i després l'electricitat s'allibera a la nit per a la barra de calefacció de grafè.En la mesura real, s'adopta el mode de control de temperatura d'inici a 17 ℃ i tancament a 19 ℃.Funcionant a la nit (20:00-08:00 el segon dia) durant 8 hores, el consum d'energia per escalfar una sola fila de plantes és d'1,24 kW·h i la temperatura mitjana de la bossa de substrat a la nit és de 19,2 ℃, que és 3,5 ~ 5,3 ℃ més gran que el del control.Aquest mètode de calefacció combinat amb la generació d'energia fotovoltaica resol els problemes d'alt consum d'energia i alta contaminació en la calefacció d'hivernacle a l'hivern.

02 conversió i utilització fototèrmica

La conversió fototèrmica solar es refereix a l'ús d'una superfície especial de recollida de llum solar feta de materials de conversió fototèrmica per recollir i absorbir la major quantitat d'energia solar irradiada sobre ella i convertir-la en energia tèrmica.En comparació amb les aplicacions solars fotovoltaiques, les aplicacions fototèrmiques solars augmenten l'absorció de la banda d'infrarojos propers, de manera que té una major eficiència d'utilització d'energia de la llum solar, un cost més baix i una tecnologia madura, i és la forma més utilitzada d'utilització de l'energia solar.

La tecnologia més madura de conversió i utilització fototèrmica a la Xina és el col·lector solar, el component bàsic del qual és el nucli de la placa que absorbeix la calor amb un recobriment d'absorció selectiva, que pot convertir l'energia de la radiació solar que passa per la placa de coberta en energia tèrmica i transmetre. al medi de treball que absorbeix la calor.Els col·lectors solars es poden dividir en dues categories segons si hi ha un espai de buit al col·lector o no: col·lectors solars plans i col·lectors solars de tub de buit;col·lectors solars de concentració i col·lectors solars no concentrats segons si la radiació solar al port d'il·luminació diürna canvia de direcció;i col·lectors solars líquids i col·lectors solars d'aire segons el tipus de mitjà de treball de transferència de calor.

La utilització de l'energia solar a l'hivernacle es realitza principalment mitjançant diversos tipus de col·lectors solars.La Universitat Ibn Zor del Marroc ha desenvolupat un sistema actiu de calefacció d'energia solar (ASHS) per a l'escalfament d'hivernacle, que pot augmentar la producció total de tomàquet en un 55% a l'hivern.La Universitat Agrícola de la Xina ha dissenyat i desenvolupat un conjunt de sistemes de recollida i descàrrega de ventiladors de refrigeració de superfície, amb una capacitat de recollida de calor de 390,6 ~ 693,0 MJ, i ha proposat la idea de separar el procés de recollida de calor del procés d'emmagatzematge de calor mitjançant bomba de calor.La Universitat de Bari a Itàlia ha desenvolupat un sistema de calefacció de poligeneració d'hivernacle, que consta d'un sistema d'energia solar i una bomba de calor aire-aigua, i pot augmentar la temperatura de l'aire en un 3,6% i la temperatura del sòl en un 92%.El grup de recerca ha desenvolupat una mena d'equip de recollida de calor solar actiu amb un angle d'inclinació variable per a l'hivernacle solar i un dispositiu d'emmagatzematge de calor de suport per al cos d'aigua d'hivernacle a tot el temps.La tecnologia de recollida de calor solar activa amb inclinació variable trenca amb les limitacions dels equips tradicionals de recollida de calor d'hivernacle, com ara la capacitat limitada de captació de calor, l'ombra i l'ocupació de terres conreades.Mitjançant l'ús de l'estructura especial d'hivernacle de l'hivernacle solar, s'utilitza plenament l'espai sense plantació de l'hivernacle, cosa que millora considerablement l'eficiència d'utilització de l'espai d'hivernacle.En condicions de treball assolellades típiques, el sistema de recollida de calor solar actiu amb inclinació variable arriba als 1,9 MJ/(m2h), l'eficiència d'utilització d'energia arriba al 85,1% i la taxa d'estalvi d'energia és del 77%.A la tecnologia d'emmagatzematge de calor d'hivernacle, s'estableix l'estructura d'emmagatzematge de calor de canvi de fases múltiples, s'augmenta la capacitat d'emmagatzematge de calor del dispositiu d'emmagatzematge de calor i es realitza l'alliberament lent de la calor del dispositiu, per tal d'aconseguir l'ús eficient de la calor recollida pels equips de captació de calor solar d'hivernacle.

energia de biomassa

Es construeix una nova estructura d'instal·lacions combinant el dispositiu de producció de calor de biomassa amb l'hivernacle, i les matèries primeres de biomassa com ara fems de porc, residus de bolets i palla es composten per produir calor, i l'energia calorífica generada es subministra directament a l'hivernacle. 5].En comparació amb l'hivernacle sense tanc de calefacció per fermentació de biomassa, l'hivernacle de calefacció pot augmentar eficaçment la temperatura del sòl a l'hivernacle i mantenir la temperatura adequada de les arrels dels cultius cultivats al sòl en el clima normal a l'hivern.Prenent com a exemple un hivernacle d'aïllament tèrmic asimètric d'una sola capa amb una llum de 17 m i una longitud de 30 m com a exemple, afegint 8 m de residus agrícoles (palla de tomàquet i fems de porc barrejats) al dipòsit de fermentació interior per a una fermentació natural sense capgirar la llauna de pila. augmentar la temperatura mitjana diària de l'hivernacle en 4,2 ℃ a l'hivern i la temperatura mínima diària mitjana pot arribar als 4,6 ℃.

La utilització energètica de la fermentació controlada per biomassa és un mètode de fermentació que utilitza instruments i equips per controlar el procés de fermentació per tal d'obtenir ràpidament i utilitzar de manera eficient l'energia tèrmica de la biomassa i els fertilitzants de gas CO2, entre els quals la ventilació i la humitat són els factors clau per regular la calor de fermentació. i la producció de gas de biomassa.En condicions de ventilació, els microorganismes aeròbics del munt de fermentació utilitzen oxigen per a activitats vitals, i part de l'energia generada s'utilitza per a les seves pròpies activitats vitals, i part de l'energia s'allibera al medi ambient com a energia tèrmica, que és beneficiosa per a la temperatura. augment del medi ambient.L'aigua participa en tot el procés de fermentació, proporcionant els nutrients solubles necessaris per a les activitats microbianes i, al mateix temps, allibera la calor del munt en forma de vapor a través de l'aigua, de manera que es redueix la temperatura del munt i allarga la vida del munt. microorganismes i augmentar la temperatura a granel del munt.La instal·lació d'un dispositiu de lixiviació de palla al dipòsit de fermentació pot augmentar la temperatura interior entre 3 i 5 ℃ a l'hivern, reforçar la fotosíntesi de les plantes i augmentar el rendiment de tomàquet en un 29,6%.

Energia geotèrmica

La Xina és rica en recursos geotèrmics.En l'actualitat, la manera més comuna per a les instal·lacions agrícoles d'utilitzar l'energia geotèrmica és utilitzar una bomba de calor de font terrestre, que pot transferir-se d'energia tèrmica de baix grau a energia calorífica d'alta qualitat introduint una petita quantitat d'energia d'alta qualitat (com ara energia elèctrica).A diferència de les mesures tradicionals de calefacció d'hivernacle, la calefacció de la bomba de calor de font terrestre no només pot aconseguir un efecte de calefacció significatiu, sinó que també té la capacitat de refredar l'hivernacle i reduir la humitat de l'hivernacle.La recerca d'aplicacions de la bomba de calor terrestre en el camp de la construcció d'habitatges està madura.La part bàsica que afecta la capacitat de calefacció i refrigeració de la bomba de calor de font del sòl és el mòdul d'intercanvi de calor subterrani, que inclou principalment canonades enterrades, pous subterranis, etc. Com dissenyar un sistema d'intercanvi de calor subterrani amb un cost i efecte equilibrats sempre ha estat ha estat el focus de recerca d'aquesta part.Al mateix temps, el canvi de temperatura de la capa del sòl subterrània en l'aplicació de la bomba de calor de font terrestre també afecta l'efecte d'ús del sistema de bomba de calor.L'ús de la bomba de calor de font del sòl per refredar l'hivernacle a l'estiu i emmagatzemar l'energia tèrmica a la capa profunda del sòl pot alleujar la caiguda de temperatura de la capa del sòl subterrània i millorar l'eficiència de producció de calor de la bomba de calor del sòl a l'hivern.

En l'actualitat, en la recerca del rendiment i l'eficiència de la bomba de calor terrestre, a través de les dades experimentals reals, s'estableix un model numèric amb programari com TOUGH2 i TRNSYS, i es conclou que el rendiment de calefacció i el coeficient de rendiment (COP). ) de la bomba de calor de font terrestre pot arribar a 3,0 ~ 4,5, que té un bon efecte de refrigeració i calefacció.En la investigació de l'estratègia de funcionament del sistema de bomba de calor, Fu Yunzhun i altres van trobar que, en comparació amb el flux lateral de càrrega, el flux lateral de la font de terra té un impacte més gran en el rendiment de la unitat i el rendiment de la transferència de calor de la canonada enterrada. .Sota la condició de configuració del flux, el valor màxim de COP de la unitat pot arribar a 4,17 adoptant l'esquema de funcionament de funcionar durant 2 hores i aturar-se durant 2 hores;Shi Huixian et.va adoptar un mode de funcionament intermitent del sistema de refrigeració d'emmagatzematge d'aigua.A l'estiu, quan la temperatura és alta, el COP de tot el sistema de subministrament d'energia pot arribar als 3,80.

Tecnologia d'emmagatzematge de calor del sòl profund en hivernacle

L'emmagatzematge profund de la calor del sòl a l'hivernacle també s'anomena "banc d'emmagatzematge de calor" a l'hivernacle.Els danys pel fred a l'hivern i les altes temperatures a l'estiu són els principals obstacles per a la producció d'hivernacle.A partir de la forta capacitat d'emmagatzematge de calor del sòl profund, el grup de recerca va dissenyar un dispositiu d'emmagatzematge de calor profund subterrani d'hivernacle.El dispositiu és una canonada de transferència de calor paral·lela de doble capa enterrada a una profunditat d'1,5 ~ 2,5 m sota terra a l'hivernacle, amb una entrada d'aire a la part superior de l'hivernacle i una sortida d'aire a terra.Quan la temperatura a l'hivernacle és alta, l'aire interior es bombeja a la força a terra mitjançant un ventilador per aconseguir l'emmagatzematge de calor i la reducció de la temperatura.Quan la temperatura de l'hivernacle és baixa, s'extreu calor del sòl per escalfar l'hivernacle.Els resultats de producció i aplicació mostren que el dispositiu pot augmentar la temperatura de l'hivernacle en 2,3 ℃ a la nit d'hivern, reduir la temperatura interior en 2,6 ℃ el dia d'estiu i augmentar el rendiment de tomàquet en 1500 kg en 667 m.².El dispositiu aprofita al màxim les característiques de "calent a l'hivern i fresc a l'estiu" i "temperatura constant" del sòl subterrani profund, proporciona un "banc d'accés a l'energia" per a l'hivernacle i completa contínuament les funcions auxiliars de refrigeració i calefacció de l'hivernacle. .

Coordinació multienergètica

L'ús de dos o més tipus d'energia per escalfar l'hivernacle pot compensar eficaçment els desavantatges d'un sol tipus d'energia i donar joc a l'efecte de superposició de "un més un és més gran que dos".La cooperació complementària entre l'energia geotèrmica i l'energia solar és un punt calent de recerca de la nova utilització d'energia en la producció agrícola en els darrers anys.Emmi et.va estudiar un sistema d'energia multifont (figura 1), que està equipat amb un col·lector solar híbrid fotovoltaic-tèrmic.En comparació amb el sistema comú de bomba de calor aire-aigua, l'eficiència energètica del sistema d'energia multifont millora en un 16% ~ 25%.Zheng et.va desenvolupar un nou tipus de sistema d'emmagatzematge de calor acoblat d'energia solar i bomba de calor de font terrestre.El sistema de col·lectors solars pot realitzar un emmagatzematge estacional de calefacció d'alta qualitat, és a dir, una calefacció d'alta qualitat a l'hivern i una refrigeració d'alta qualitat a l'estiu.L'intercanviador de calor de tub enterrat i el dipòsit d'emmagatzematge de calor intermitent poden funcionar bé al sistema, i el valor COP del sistema pot arribar a 6,96.

Combinat amb l'energia solar, pretén reduir el consum d'energia comercial i millorar l'estabilitat del subministrament d'energia solar a l'hivernacle.Wan Ya et.presentar un nou esquema de tecnologia de control intel·ligent per combinar la generació d'energia solar amb l'energia comercial per a la calefacció d'efecte hivernacle, que pot fer ús de l'energia fotovoltaica quan hi ha llum i convertir-la en energia comercial quan no hi ha llum, reduint molt l'escassetat d'energia de càrrega. tarifa i reduint el cost econòmic sense utilitzar piles.

L'energia solar, l'energia de la biomassa i l'energia elèctrica poden escalfar conjuntament els hivernacles, que també poden aconseguir una alta eficiència de calefacció.Zhang Liangrui i altres van combinar la recollida de calor del tub de buit solar amb el dipòsit d'aigua d'emmagatzematge de calor d'electricitat de la vall.El sistema de calefacció d'hivernacle té un bon confort tèrmic i l'eficiència de calefacció mitjana del sistema és del 68,70%.El dipòsit d'aigua d'emmagatzematge de calor elèctric és un dispositiu d'emmagatzematge d'aigua per calefacció de biomassa amb calefacció elèctrica.S'estableix la temperatura més baixa d'entrada d'aigua a l'extrem de calefacció i l'estratègia de funcionament del sistema es determina segons la temperatura d'emmagatzematge de l'aigua de la part de recollida de calor solar i la part d'emmagatzematge de calor de biomassa, per tal d'aconseguir una temperatura de calefacció estable al final de calefacció i estalviar energia elèctrica i materials energètics de biomassa en la màxima mesura.

Recerca innovadora i aplicació de nous materials d'hivernacle

Amb l'ampliació de l'àrea d'hivernacle, els inconvenients d'aplicació dels materials tradicionals d'hivernacle com ara els maons i el sòl es revelen cada cop més.Per tant, per millorar encara més el rendiment tèrmic de l'hivernacle i satisfer les necessitats de desenvolupament de l'hivernacle modern, hi ha moltes investigacions i aplicacions de nous materials de recobriment transparents, materials d'aïllament tèrmic i materials de paret.

Recerca i aplicació de nous materials de recobriment transparents

Els tipus de materials de recobriment transparents per a hivernacle inclouen principalment pel·lícules de plàstic, vidre, panells solars i panells fotovoltaics, entre els quals la pel·lícula de plàstic té l'àrea d'aplicació més gran.La pel·lícula PE d'hivernacle tradicional té els defectes de vida útil curta, no degradació i funció única.Actualment, s'han desenvolupat una varietat de noves pel·lícules funcionals afegint reactius o recobriments funcionals.

Pel·lícula de conversió de llum:La pel·lícula de conversió de llum canvia les propietats òptiques de la pel·lícula mitjançant l'ús d'agents de conversió de llum com ara terres rares i nanomaterials, i pot convertir la regió de la llum ultraviolada en llum vermella taronja i llum blava violeta requerida per la fotosíntesi de les plantes, augmentant així el rendiment dels cultius i reduint-ne. el dany de la llum ultraviolada als cultius i les pel·lícules d'hivernacle en hivernacles de plàstic.Per exemple, la pel·lícula d'hivernacle de banda ampla de violeta a vermell amb agent de conversió de llum VTR-660 pot millorar significativament la transmitància infraroja quan s'aplica a l'hivernacle, i en comparació amb l'hivernacle de control, el rendiment de tomàquet per hectàrea, vitamina C i contingut de licopè s'incrementen significativament un 25,71%, un 11,11% i un 33,04% respectivament.Tanmateix, en l'actualitat, encara cal estudiar la vida útil, la degradabilitat i el cost de la nova pel·lícula de conversió de llum.

Vidre escampat: El vidre dispers a l'hivernacle és un patró especial i una tecnologia anti-reflex a la superfície del vidre, que pot maximitzar la llum solar en llum dispersa i entrar a l'hivernacle, millorar l'eficiència de la fotosíntesi dels cultius i augmentar el rendiment del cultiu.La dispersió del vidre converteix la llum que entra a l'hivernacle en llum dispersa mitjançant patrons especials, i la llum dispersa es pot irradiar de manera més uniforme a l'hivernacle, eliminant la influència de l'ombra de l'esquelet a l'hivernacle.En comparació amb el vidre flotat ordinari i el vidre flotat ultrablanc, l'estàndard de transmissió de la llum del vidre de dispersió és del 91,5% i el del vidre flotat normal és del 88%.Per cada 1% d'augment de la transmitància de la llum a l'hivernacle, el rendiment es pot augmentar al voltant d'un 3%, i el sucre soluble i la vitamina C en fruites i verdures han augmentat.El vidre de dispersió a l'hivernacle es recobreix primer i després es tempera, i la taxa d'autoexplosió és superior a l'estàndard nacional, arribant al 2‰.

Recerca i aplicació de nous materials d'aïllament tèrmic

Els materials d'aïllament tèrmic tradicionals a l'hivernacle inclouen principalment estora de palla, edredó de paper, edredó d'aïllament tèrmic de feltre agullat, etc., que s'utilitzen principalment per a l'aïllament tèrmic intern i extern de teulades, aïllament de parets i aïllament tèrmic d'alguns dispositius d'emmagatzematge i recollida de calor. .La majoria d'ells tenen el defecte de perdre el rendiment d'aïllament tèrmic a causa de la humitat interna després d'un ús a llarg termini.Per tant, hi ha moltes aplicacions de nous materials d'alt aïllament tèrmic, entre els quals el nou edredó d'aïllament tèrmic, els dispositius d'emmagatzematge de calor i de recollida de calor són el focus de recerca.

Els nous materials d'aïllament tèrmic generalment es fabriquen processant i combinant materials superficials impermeables i resistents a l'envelliment, com ara pel·lícules teixides i feltre recoberts, amb materials d'aïllament tèrmic esponjosos, com ara cotó revestit amb esprai, caixmir diversos i cotó perlat.Al nord-est de la Xina es va provar un edredó d'aïllament tèrmic de cotó recobert amb esprai.Es va trobar que afegir 500 g de cotó recobert amb esprai era equivalent al rendiment d'aïllament tèrmic d'un edredó d'aïllament tèrmic de feltre negre de 4500 g al mercat.En les mateixes condicions, el rendiment d'aïllament tèrmic de 700 g de cotó recobert amb esprai es va millorar en 1 ~ 2 ℃ en comparació amb el d'un edredó d'aïllament tèrmic de 500 g de cotó recobert.Al mateix temps, altres estudis també van trobar que, en comparació amb els edredons d'aïllament tèrmic que s'utilitzen habitualment al mercat, l'efecte d'aïllament tèrmic del cotó recobert amb esprai i diversos edredons d'aïllament tèrmic de caixmir és millor, amb les taxes d'aïllament tèrmic del 84,0% i del 83,3. % respectivament.Quan la temperatura exterior més freda és de -24,4 ℃, la temperatura interior pot arribar a 5,4 i 4,2 ℃ respectivament.En comparació amb l'edredó d'aïllament de manta de palla única, el nou edredó d'aïllament compost té els avantatges d'un pes lleuger, una alta taxa d'aïllament, una forta resistència a l'aigua i a l'envelliment i es pot utilitzar com a nou tipus de material d'aïllament d'alta eficiència per a hivernacles solars.

Al mateix temps, segons la investigació de materials d'aïllament tèrmic per a dispositius de recollida i emmagatzematge de calor d'hivernacle, també es troba que, quan el gruix és el mateix, els materials d'aïllament tèrmic compostos de múltiples capes tenen un millor rendiment d'aïllament tèrmic que els materials individuals.L'equip del professor Li Jianming de la Northwest A&F University va dissenyar i va examinar 22 tipus de materials d'aïllament tèrmic de dispositius d'emmagatzematge d'aigua d'hivernacle, com ara tauler de buit, aerogel i cotó de goma, i va mesurar les seves propietats tèrmiques.Els resultats van mostrar que el recobriment d'aïllament tèrmic de 80 mm + aerogel + material d'aïllament tèrmic de cotó de plàstic i cautxú podria reduir la dissipació de calor en 0,367 MJ per unitat de temps en comparació amb el cotó de cautxú i plàstic de 80 mm i el seu coeficient de transferència de calor va ser de 0,283 W/(m2). ·k) quan el gruix de la combinació d'aïllament era de 100 mm.

El material de canvi de fase és un dels punts calents en la investigació de materials d'hivernacle.La Northwest A&F University ha desenvolupat dos tipus de dispositius d'emmagatzematge de material de canvi de fase: un és una caixa d'emmagatzematge feta de polietilè negre, que té una mida de 50 cm × 30 cm × 14 cm (longitud × alçada × gruix) i està plena de materials de canvi de fase, de manera que que pot emmagatzemar calor i alliberar calor;En segon lloc, es desenvolupa un nou tipus de panell de canvi de fase.El tauler de canvi de fase consta de material de canvi de fase, placa d'alumini, placa d'alumini-plàstic i aliatge d'alumini.El material de canvi de fase es troba a la posició més central del tauler i la seva especificació és de 200 mm × 200 mm × 50 mm.És un sòlid en pols abans i després del canvi de fase, i no hi ha cap fenomen de fusió o flux.Les quatre parets del material de canvi de fase són la placa d'alumini i la placa d'alumini-plàstic, respectivament.Aquest dispositiu pot realitzar les funcions d'emmagatzemar calor principalment durant el dia i principalment alliberar calor a la nit.

Per tant, hi ha alguns problemes en l'aplicació d'un material d'aïllament tèrmic únic, com ara una baixa eficiència d'aïllament tèrmic, una gran pèrdua de calor, un temps d'emmagatzematge de calor curt, etc. Per tant, l'ús de material d'aïllament tèrmic compost com a capa d'aïllament tèrmic i aïllament tèrmic interior i exterior. La capa de cobertura del dispositiu d'emmagatzematge de calor pot millorar eficaçment el rendiment d'aïllament tèrmic de l'hivernacle, reduir la pèrdua de calor de l'hivernacle i aconseguir així l'efecte d'estalvi d'energia.

Recerca i Aplicació del Nou Mur

Com a tipus d'estructura de tancament, la paret és una barrera important per a la protecció del fred i la conservació de la calor de l'hivernacle.Segons els materials i les estructures de la paret, el desenvolupament de la paret nord de l'hivernacle es pot dividir en tres tipus: la paret d'una sola capa feta de terra, maons, etc., i la paret nord en capes feta de maons d'argila, maons de bloc, taulers de poliestirè, etc., amb emmagatzematge de calor interior i aïllament tèrmic exterior, i la majoria d'aquestes parets requereixen temps i mà d'obra;Per tant, en els últims anys han aparegut molts nous tipus de parets, fàcils de construir i aptes per a un muntatge ràpid.

L'aparició de parets muntades de nou tipus promou el ràpid desenvolupament d'hivernacles muntats, incloses les parets compostes de tipus nou amb materials externs impermeables i anti-envelliment i materials com el feltre, el cotó perlat, el cotó espacial, el cotó de vidre o el cotó reciclat com a calor. capes d'aïllament, com ara parets muntades flexibles de cotó enganxat per aerosol a Xinjiang.A més, altres estudis també han informat de la paret nord de l'hivernacle muntat amb una capa d'emmagatzematge de calor, com el bloc de morter de closca de blat ple de maó a Xinjiang.Sota el mateix entorn extern, quan la temperatura exterior més baixa és de -20,8 ℃, la temperatura a l'hivernacle solar amb paret composta de blocs de morter de closca de blat és de 7,5 ℃, mentre que la temperatura a l'hivernacle solar amb paret de maó i formigó és de 3,2 ℃.El temps de collita de tomàquet en hivernacle de maó es pot avançar 16 dies i el rendiment d'hivernacle únic es pot augmentar en un 18,4%.

L'equip de la instal·lació de la Northwest A&F University va presentar la idea de disseny de fer materials de palla, sòl, aigua, pedra i canvi de fase en mòduls d'aïllament tèrmic i emmagatzematge de calor des de l'angle de la llum i el disseny simplificat de la paret, que va promoure la recerca d'aplicació de muntatges modulars. paret.Per exemple, en comparació amb un hivernacle de paret de maó normal, la temperatura mitjana de l'hivernacle és 4,0 ℃ més alta en un dia assolellat típic.Tres tipus de mòduls de ciment de canvi de fase inorgànic, que estan fets de material de canvi de fase (PCM) i ciment, han acumulat una calor de 74,5, 88,0 i 95,1 MJ/m³, i va alliberar calor de 59,8, 67,8 i 84,2 MJ/m³, respectivament.Tenen les funcions de "tallar el pic" durant el dia, "omplir la vall" a la nit, absorbir calor a l'estiu i alliberar calor a l'hivern.

Aquests nous murs es munten in situ, amb un període de construcció curt i una llarga vida útil, que creen condicions per a la construcció d'hivernacles prefabricats lleugers, simplificats i de ràpid muntatge, i poden afavorir molt la reforma estructural dels hivernacles.Tanmateix, hi ha alguns defectes en aquest tipus de paret, com ara la paret d'aïllament tèrmic de cotó amb esprai té un excel·lent rendiment d'aïllament tèrmic, però no té capacitat d'emmagatzematge de calor i el material de construcció de canvi de fase té el problema d'un alt cost d'ús.En el futur, s'hauria de reforçar la recerca d'aplicació de parets muntades.

La nova energia, els nous materials i els nous dissenys ajuden a canviar l'estructura de l'hivernacle.

La investigació i la innovació de noves energies i nous materials proporcionen la base per a la innovació del disseny d'hivernacle.L'hivernacle solar i el cobert d'arc que estalvien energia són les estructures de cobert més grans de la producció agrícola de la Xina i tenen un paper important en la producció agrícola.Tanmateix, amb el desenvolupament de l'economia social de la Xina, les deficiències dels dos tipus d'estructures d'instal·lacions es presenten cada cop més.En primer lloc, l'espai de les estructures de les instal·lacions és reduït i el grau de mecanització és baix;En segon lloc, l'hivernacle solar que estalvia energia té un bon aïllament tèrmic, però l'ús del sòl és baix, la qual cosa equival a substituir l'energia de l'hivernacle per terra.El cobert d'arc normal no només té un espai reduït, sinó que també té un aïllament tèrmic deficient.Tot i que l'hivernacle de múltiples camps té un gran espai, té un mal aïllament tèrmic i un alt consum d'energia.Per tant, és imprescindible investigar i desenvolupar l'estructura d'hivernacle adequada al nivell social i econòmic actual de la Xina, i la investigació i desenvolupament de noves energies i nous materials ajudaran a canviar l'estructura de l'hivernacle i produir una varietat de models o estructures innovadores d'hivernacle.

Recerca innovadora sobre hivernacle de cervesa asimètric controlat per aigua de gran envergadura

L'hivernacle de cervesa controlat per aigua asimètric de gran envergadura (número de patent: ZL 201220391214.2) es basa en el principi de l'hivernacle de la llum solar, canviant l'estructura simètrica de l'hivernacle de plàstic normal, augmentant l'envergadura sud, augmentant l'àrea d'il·luminació del sostre sud, reduint l'envergadura nord i reduint l'àrea de dissipació de calor, amb una llum de 18 ~ 24 m i una alçada de cresta de 6 ~ 7 m.A través de la innovació en el disseny, l'estructura espacial s'ha incrementat significativament.Al mateix temps, els problemes de calor insuficient a l'hivernacle a l'hivern i el mal aïllament tèrmic dels materials d'aïllament tèrmic comuns es resolen mitjançant l'ús de noves tecnologies de biomassa i materials d'aïllament tèrmic.Els resultats de la producció i la investigació mostren que l'hivernacle de cervesa controlat per aigua asimètric de gran envergadura, amb una temperatura mitjana d'11,7 ℃ en dies assolellats i 10,8 ℃ en dies ennuvolats, pot satisfer la demanda de creixement dels cultius a l'hivern i el cost de construcció de l'hivernacle es redueix un 39,6% i la taxa d'utilització de la terra augmenta en més d'un 30% en comparació amb la de l'hivernacle de paret de maó de poliestirè, que és adequat per a una major popularització i aplicació a la conca del riu Huaihe Groc de la Xina.

Hivernacle de llum solar muntat

L'hivernacle de llum solar muntat pren columnes i esquelet del sostre com a estructura de càrrega, i el seu material de paret és principalment un recinte d'aïllament tèrmic, en lloc d'emmagatzemar i alliberar calor passiu.Principalment: (1) es forma un nou tipus de paret muntada combinant diversos materials com ara pel·lícula recoberta o placa d'acer de color, bloc de palla, edredó d'aïllament tèrmic flexible, bloc de morter, etc. (2) tauler de paret compost fet de tauler de ciment prefabricat -tauler de poliestirè-tauler de ciment;(3) Tipus de muntatge lleuger i senzill de materials d'aïllament tèrmic amb sistema d'emmagatzematge i alliberament de calor actiu i sistema de deshumidificació, com ara l'emmagatzematge de calor de cubeta quadrada de plàstic i l'emmagatzematge de calor de canonades.L'ús de diferents materials nous d'aïllament tèrmic i materials d'emmagatzematge de calor en lloc de la paret de terra tradicional per construir un hivernacle solar té un gran espai i una petita enginyeria civil.Els resultats experimentals mostren que la temperatura de l'hivernacle a la nit a l'hivern és 4,5 ℃ més alta que la de l'hivernacle tradicional de paret de maó i el gruix de la paret posterior és de 166 mm.En comparació amb l'hivernacle de paret de maó de 600 mm de gruix, l'àrea ocupada de la paret es redueix un 72% i el cost per metre quadrat és de 334,5 iuans, que és 157,2 iuans inferior al de l'hivernacle de paret de maó, i el cost de construcció. ha baixat significativament.Per tant, l'hivernacle muntat té els avantatges de destrucció de terres menys conreades, estalvi de terres, velocitat de construcció ràpida i llarga vida útil, i és una direcció clau per a la innovació i desenvolupament d'hivernacles solars en l'actualitat i en el futur.

Hivernacle lliscant de llum solar

L'hivernacle solar d'estalvi d'energia muntat amb monopatí desenvolupat per la Universitat Agrícola de Shenyang utilitza la paret posterior de l'hivernacle solar per formar un sistema d'emmagatzematge de calor de paret que circula aigua per emmagatzemar calor i augmentar la temperatura, que es compon principalment d'una piscina (32 m).³), una placa col·lectora de llum (360m²), una bomba d'aigua, una canonada d'aigua i un controlador.El cobrellit d'aïllament tèrmic flexible es substitueix per un nou material lleuger de placa d'acer de color llana de roca a la part superior.La investigació demostra que aquest disseny resol eficaçment el problema dels gables que bloquegen la llum i augmenta l'àrea d'entrada de llum de l'hivernacle.L'angle d'il·luminació de l'hivernacle és de 41,5 °, que és gairebé 16 ° més alt que el de l'hivernacle de control, millorant així la taxa d'il·luminació.La distribució de la temperatura interior és uniforme i les plantes creixen perfectament.L'hivernacle té els avantatges de millorar l'eficiència de l'ús del sòl, dissenyar de manera flexible la mida de l'hivernacle i escurçar el període de construcció, la qual cosa és de gran importància per protegir els recursos i el medi ambient de la terra conreada.

Hivernacle fotovoltaic

L'hivernacle agrícola és un hivernacle que integra la generació d'energia solar fotovoltaica, el control intel·ligent de la temperatura i la plantació moderna d'alta tecnologia.Adopta un marc d'os d'acer i està cobert amb mòduls solars fotovoltaics per garantir els requisits d'il·luminació dels mòduls de generació d'energia fotovoltaica i els requisits d'il·luminació de tot l'hivernacle.El corrent continu generat per l'energia solar complementa directament la llum dels hivernacles agrícoles, dóna suport directament al funcionament normal dels equips d'hivernacle, impulsa el reg dels recursos hídrics, augmenta la temperatura de l'hivernacle i afavoreix el ràpid creixement dels cultius.Els mòduls fotovoltaics d'aquesta manera afectaran l'eficiència de la il·luminació del sostre d'hivernacle i, a continuació, afectaran el creixement normal de les verdures d'hivernacle.Per tant, la disposició racional dels panells fotovoltaics al sostre de l'hivernacle es converteix en el punt clau d'aplicació.L'hivernacle agrícola és el producte de la combinació orgànica de l'agricultura turística i la jardineria d'instal·lacions, i és una indústria agrícola innovadora que integra la generació d'energia fotovoltaica, les visites turístiques agrícoles, els cultius agrícoles, la tecnologia agrícola, el paisatge i el desenvolupament cultural.

Disseny innovador de grup d'hivernacles amb interacció energètica entre diferents tipus d'hivernacles

Guo Wenzhong, investigador de l'Acadèmia de Ciències Agrícoles i Forestals de Beijing, utilitza el mètode d'escalfament de transferència d'energia entre hivernacles per recollir l'energia tèrmica restant en un o més hivernacles per escalfar un altre o més hivernacles.Aquest mètode de calefacció realitza la transferència d'energia d'efecte hivernacle en el temps i l'espai, millora l'eficiència d'utilització energètica de l'energia tèrmica de l'hivernacle restant i redueix el consum total d'energia de calefacció.Els dos tipus d'hivernacles poden ser diferents tipus d'hivernacle o el mateix tipus d'hivernacle per plantar diversos cultius, com els hivernacles d'enciam i tomàquet.Els mètodes de recollida de calor inclouen principalment extreure la calor de l'aire interior i interceptar directament la radiació incident.Mitjançant la recollida d'energia solar, la convecció forçada per intercanviador de calor i l'extracció forçada per bomba de calor, es va extreure la calor excedent en hivernacle d'alta energia per escalfar l'hivernacle.

resumir

Aquests nous hivernacles solars tenen els avantatges d'un muntatge ràpid, un període de construcció reduït i una millora de la taxa d'utilització del sòl.Per tant, és necessari explorar més el rendiment d'aquests nous hivernacles en diferents àrees, i oferir la possibilitat de la popularització i aplicació a gran escala de nous hivernacles.Al mateix temps, cal enfortir contínuament l'aplicació de noves energies i nous materials als hivernacles, per tal de proporcionar energia per a la reforma estructural dels hivernacles.

Perspectiva de futur i pensament

Els hivernacles tradicionals sovint presenten alguns inconvenients, com ara un alt consum d'energia, una baixa taxa d'utilització del sòl, que consumeixen temps i mà d'obra, un rendiment baix, etc., que ja no poden satisfer les necessitats de producció de l'agricultura moderna i estan obligats a ser gradualment. eliminat.Per tant, és una tendència de desenvolupament utilitzar noves fonts d'energia com l'energia solar, l'energia de la biomassa, l'energia geotèrmica i l'energia eòlica, nous materials d'aplicació d'hivernacle i nous dissenys per promoure el canvi estructural de l'hivernacle.En primer lloc, el nou hivernacle impulsat per noves energies i nous materials no només hauria de satisfer les necessitats de funcionament mecanitzat, sinó que també hauria d'estalviar energia, terra i costos.En segon lloc, cal explorar constantment el rendiment dels nous hivernacles en diferents àrees, per tal de proporcionar condicions per a la popularització a gran escala dels hivernacles.En el futur, hauríem de buscar més energia i nous materials adequats per a l'aplicació d'hivernacle, i trobar la millor combinació d'energia nova, nous materials i hivernacle, per tal de fer possible la construcció d'un nou hivernacle amb una construcció curta i de baix cost. període, baix consum d'energia i excel·lent rendiment, ajuden a canviar l'estructura de l'hivernacle i promouen el desenvolupament de la modernització dels hivernacles a la Xina.

Tot i que l'aplicació de noves energies, nous materials i nous dissenys en la construcció d'hivernacles és una tendència inevitable, encara queden molts problemes per estudiar i superar: (1) El cost de la construcció augmenta.En comparació amb la calefacció tradicional amb carbó, gas natural o petroli, l'aplicació de noves energies i nous materials és respectuosa amb el medi ambient i lliure de contaminació, però el cost de construcció augmenta significativament, la qual cosa té un cert impacte en la recuperació de la inversió de producció i operació. .En comparació amb la utilització d'energia, el cost dels nous materials augmentarà significativament.(2) Ús inestable de l'energia tèrmica.El major avantatge de la nova utilització d'energia és el baix cost operatiu i la baixa emissió de diòxid de carboni, però el subministrament d'energia i calor és inestable, i els dies ennuvolats es converteixen en el principal factor limitant en la utilització de l'energia solar.En el procés de producció de calor de biomassa per fermentació, la utilització efectiva d'aquesta energia està limitada pels problemes d'energia tèrmica de fermentació baixa, gestió i control difícils i gran espai d'emmagatzematge per al transport de matèries primeres.(3) Maduresa tecnològica.Aquestes tecnologies utilitzades per les noves energies i els nous materials són èxits tecnològics i de recerca avançats, i la seva àrea d'aplicació i abast encara són força limitats.No han passat moltes vegades, molts llocs i verificació de pràctiques a gran escala, i inevitablement hi ha algunes deficiències i continguts tècnics que cal millorar en l'aplicació.Els usuaris sovint neguen l'avenç de la tecnologia a causa de les petites deficiències.(4) La taxa de penetració de la tecnologia és baixa.L'aplicació àmplia d'un assoliment científic i tecnològic requereix una certa popularitat.Actualment, les noves energies, les noves tecnologies i les noves tecnologies de disseny d'hivernacle es troben a l'equip de centres d'investigació científica de les universitats amb certa capacitat d'innovació, i la majoria dels demandants tècnics o dissenyadors encara no ho saben;Al mateix temps, la popularització i aplicació de noves tecnologies encara són força limitades perquè els equips bàsics de les noves tecnologies estan patentats.(5) La integració de noves energies, nous materials i el disseny de l'estructura d'hivernacle s'ha de reforçar encara més.Com que l'energia, els materials i el disseny d'estructures d'hivernacle pertanyen a tres disciplines diferents, els talents amb experiència en disseny d'hivernacles sovint no tenen recerca sobre l'energia i els materials relacionats amb l'hivernacle, i viceversa;Per tant, els investigadors relacionats amb la investigació d'energia i materials han d'enfortir la investigació i la comprensió de les necessitats reals del desenvolupament de la indústria d'hivernacle, i els dissenyadors estructurals també haurien d'estudiar nous materials i noves energies per promoure la integració profunda de les tres relacions, per tal d'aconseguir l'objectiu de la tecnologia de recerca pràctica d'hivernacle, baix cost de construcció i bon efecte d'ús.A partir dels problemes anteriors, es suggereix que l'estat, els governs locals i els centres de recerca científica haurien d'intensificar la investigació tècnica, dur a terme investigacions conjuntes en profunditat, reforçar la publicitat dels assoliments científics i tecnològics, millorar la popularització dels assoliments i adonar-se ràpidament de la objectiu de noves energies i nous materials per ajudar al nou desenvolupament de la indústria d'hivernacle.

Informació citada

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.La nova energia, els nous materials i el nou disseny ajuden a la nova revolució de l'hivernacle [J].Verdures, 2022,(10):1-8.