Tecnologia d'enginyeria agrícola hortícola d'hivernacle 2022-12-02 17:30 publicat a Pequín

El desenvolupament d'hivernacles solars en zones no cultivades com el desert, el Gobi i les terres sorrenques ha resolt eficaçment la contradicció entre els aliments i les verdures que competeixen per la terra. És un dels factors ambientals decisius per al creixement i desenvolupament dels cultius de temperatura, que sovint determina l'èxit o el fracàs de la producció de cultius d'hivernacle. Per tant, per desenvolupar hivernacles solars en zones no cultivades, primer hem de resoldre el problema de la temperatura ambiental dels hivernacles. En aquest article, es resumeixen els mètodes de control de la temperatura utilitzats en hivernacles de terres no cultivades en els darrers anys, i s'analitzen i resumeixen els problemes existents i la direcció de desenvolupament de la temperatura i la protecció del medi ambient en hivernacles solars de terres no cultivades.

La Xina té una població nombrosa i menys recursos terrestres disponibles. Més del 85% dels recursos terrestres són recursos terrestres no cultivats, que es concentren principalment al nord-oest de la Xina. El Document núm. 1 del Comitè Central del 2022 assenyalava que s'hauria d'accelerar el desenvolupament de l'agricultura d'instal·lacions i, sobre la base de la protecció del medi ambient ecològic, s'haurien d'explorar els terrenys vacants i erms explotables per desenvolupar l'agricultura d'instal·lacions. El nord-oest de la Xina és ric en deserts, Gobi, terres ermes i altres recursos terrestres no cultivats, així com en recursos naturals de llum i calor, que són adequats per al desenvolupament de l'agricultura d'instal·lacions. Per tant, el desenvolupament i la utilització de recursos terrestres no cultivats per desenvolupar hivernacles de terres no cultivades té una gran importància estratègica per garantir la seguretat alimentària nacional i alleujar els conflictes d'ús del sòl.

Actualment, els hivernacles solars no cultivats són la principal forma de desenvolupament agrícola d'alta eficiència en terres no cultivades. Al nord-oest de la Xina, la diferència de temperatura entre el dia i la nit és gran, i la temperatura a la nit a l'hivern és baixa, cosa que sovint condueix al fenomen que la temperatura mínima interior és inferior a la temperatura necessària per al creixement i desenvolupament normal dels cultius. La temperatura és un dels factors ambientals indispensables per al creixement i desenvolupament dels cultius. Una temperatura massa baixa alentirà la reacció fisiològica i bioquímica dels cultius i alentirà el seu creixement i desenvolupament. Quan la temperatura és inferior al límit que poden suportar els cultius, fins i tot provocarà danys per congelació. Per tant, és particularment important garantir la temperatura necessària per al creixement i desenvolupament normal dels cultius. Per mantenir la temperatura adequada de l'hivernacle solar, no és una sola mesura que es pugui resoldre. Cal garantir-ho des dels aspectes del disseny de l'hivernacle, la construcció, la selecció de materials, la regulació i la gestió diària. Per tant, aquest article resumirà l'estat de la recerca i el progrés del control de la temperatura dels hivernacles no cultivats a la Xina en els darrers anys des dels aspectes del disseny i la construcció d'hivernacles, les mesures de preservació de la calor i escalfament i la gestió ambiental, per tal de proporcionar una referència sistemàtica per al disseny i la gestió racionals dels hivernacles no cultivats.

Estructura i materials de l'hivernacle

L'ambient tèrmic de l'hivernacle depèn principalment de la capacitat de transmissió, intercepció i emmagatzematge de la radiació solar de l'hivernacle, que està relacionada amb el disseny raonable de l'orientació de l'hivernacle, la forma i el material de la superfície transmissora de llum, l'estructura i el material de la paret i el sostre posterior, l'aïllament dels fonaments, la mida de l'hivernacle, el mode d'aïllament nocturn i el material del sostre frontal, etc., i també es relaciona amb si el procés de construcció de l'hivernacle pot garantir la realització efectiva dels requisits de disseny.

Capacitat de transmissió de llum del sostre davanter

L'energia principal de l'hivernacle prové del sol. Augmentar la capacitat de transmissió de llum del sostre frontal és beneficiós perquè l'hivernacle obtingui més calor, i també és una base important per garantir la temperatura ambient de l'hivernacle a l'hivern. Actualment, hi ha tres mètodes principals per augmentar la capacitat de transmissió de llum i el temps de recepció de llum del sostre frontal de l'hivernacle.

01 dissenyar una orientació i azimut raonables de l'hivernacle

L'orientació de l'hivernacle afecta el rendiment de la il·luminació de l'hivernacle i la capacitat d'emmagatzematge de calor de l'hivernacle. Per tant, per obtenir més emmagatzematge de calor a l'hivernacle, l'orientació dels hivernacles no cultivats al nord-oest de la Xina és cap al sud. Per a l'azimut específic de l'hivernacle, quan es tria de sud a est, és beneficiós "agafar el sol", i la temperatura interior puja ràpidament al matí; quan es selecciona de sud a oest, és beneficiós per a l'hivernacle aprofitar la llum de la tarda. La direcció sud és un compromís entre les dues situacions anteriors. Segons el coneixement de la geofísica, la Terra gira 360° en un dia, i l'azimut del sol es mou aproximadament 1° cada 4 minuts. Per tant, cada vegada que l'azimut de l'hivernacle difereix en 1°, el temps de llum solar directa diferirà en uns 4 minuts, és a dir, l'azimut de l'hivernacle afecta el moment en què l'hivernacle veu llum al matí i al vespre.

Quan les hores de llum del matí i de la tarda són iguals, i l'est o l'oest estan en el mateix angle, l'hivernacle rebrà les mateixes hores de llum. Tanmateix, per a la zona al nord de 37° de latitud nord, la temperatura és baixa al matí i l'hora de destapar el matalàs és tardana, mentre que la temperatura és relativament alta a la tarda i al vespre, per la qual cosa és convenient retardar l'hora de tancar el matalàs aïllant tèrmic. Per tant, aquestes zones haurien d'escollir la direcció sud-oest i aprofitar al màxim la llum de la tarda. Per a les zones amb 30°~35° de latitud nord, a causa de les millors condicions d'il·luminació al matí, també es pot avançar l'hora de conservació de la calor i de destapar la coberta. Per tant, aquestes zones haurien d'escollir la direcció sud-est per aconseguir més radiació solar matinal per a l'hivernacle. Tanmateix, a la zona de 35°~37° de latitud nord, hi ha poca diferència en la radiació solar al matí i a la tarda, per la qual cosa és millor escollir la direcció sud. Tant si és sud-est com sud-oest, l'angle de desviació és generalment de 5°~8°, i el màxim no ha de superar els 10°. El nord-oest de la Xina es troba en el rang de 37°~50° de latitud nord, de manera que l'angle azimutal de l'hivernacle és generalment de sud a oest. Tenint en compte això, l'hivernacle solar dissenyat per Zhang Jingshe etc. a la zona de Taiyuan ha triat una orientació de 5° a l'oest del sud, l'hivernacle solar construït per Chang Meimei etc. a la zona de Gobi del corredor Hexi ha adoptat una orientació de 5° a 10° a l'oest del sud, i l'hivernacle solar construït per Ma Zhigui etc. al nord de Xinjiang ha adoptat una orientació de 8° a l'oest del sud.

02 Dissenyar una forma i un angle d'inclinació raonables del sostre frontal

La forma i la inclinació del sostre frontal determinen l'angle d'incidència dels raigs solars. Com més petit sigui l'angle d'incidència, més gran serà la transmitància. Sun Juren creu que la forma del sostre frontal està determinada principalment per la relació entre la longitud de la superfície d'il·luminació principal i el pendent posterior. Un pendent frontal llarg i un pendent posterior curt són beneficiosos per a la il·luminació i la conservació de la calor del sostre frontal. Chen Wei-Qian i altres pensen que el sostre d'il·luminació principal de l'hivernacle solar utilitzat a la zona de Gobi adopta un arc circular amb un radi de 4,5 m, que pot resistir eficaçment el fred. Zhang Jingshe, etc., creuen que és més apropiat utilitzar un arc semicircular al sostre frontal de l'hivernacle a les zones alpines i d'alta latitud. Pel que fa a l'angle d'inclinació del sostre frontal, segons les característiques de transmissió de la llum de la pel·lícula de plàstic, quan l'angle d'incidència és de 0 a 40°, la reflectivitat del sostre frontal a la llum solar és petita, i quan supera els 40°, la reflectivitat augmenta significativament. Per tant, es pren 40° com l'angle d'incidència màxim per calcular l'angle d'inclinació de la teulada frontal, de manera que fins i tot al solstici d'hivern, la radiació solar pot entrar a l'hivernacle al màxim. Per tant, en dissenyar un hivernacle solar adequat per a zones no cultivades a Wuhai, Mongòlia Interior, He Bin i altres van calcular l'angle d'inclinació de la teulada frontal amb un angle d'incidència de 40°, i van pensar que sempre que fos superior a 30°, podria complir els requisits d'il·luminació d'hivernacles i conservació de la calor. Zhang Caihong i altres pensen que quan es construeixen hivernacles a les zones no cultivades de Xinjiang, l'angle d'inclinació de la teulada frontal dels hivernacles del sud de Xinjiang és de 31°, mentre que el del nord de Xinjiang és de 32°~33,5°.

03 Trieu materials de recobriment transparents adequats.

A més de la influència de les condicions de radiació solar exterior, les característiques del material i la transmissió de la llum de la pel·lícula d'hivernacle també són factors importants que afecten l'entorn lumínic i tèrmic de l'hivernacle. Actualment, la transmitància de la llum de les pel·lícules de plàstic com PE, PVC, EVA i PO és diferent a causa dels diferents materials i gruixos de la pel·lícula. En general, es pot garantir que la transmitància de la llum de les pel·lícules que s'han utilitzat durant 1-3 anys sigui superior al 88% en general, que s'ha de seleccionar segons la demanda de llum i temperatura dels cultius. A més, a més de la transmissió de la llum a l'hivernacle, la distribució de l'entorn lumínic a l'hivernacle també és un factor al qual la gent presta cada cop més atenció. Per tant, en els darrers anys, el material de recobriment de transmissió de la llum amb llum de dispersió millorada ha estat molt reconegut per la indústria, especialment a les zones amb forta radiació solar al nord-oest de la Xina. L'aplicació de la pel·lícula de llum de dispersió millorada ha reduït l'efecte d'ombrejat a la part superior i inferior de la coberta del cultiu, ha augmentat la llum a les parts mitjana i inferior de la coberta del cultiu, ha millorat les característiques fotosintètiques de tot el cultiu i ha mostrat un bon efecte de promoció del creixement i augment de la producció.

Disseny raonable de la mida de l'hivernacle

La longitud de l'hivernacle és massa llarga o massa curta, cosa que afectarà el control de la temperatura interior. Quan la longitud de l'hivernacle és massa curta, abans de la sortida i la posta de sol, la zona ombrejada pels gablets est i oest és gran, cosa que no afavoreix l'escalfament de l'hivernacle i, a causa del seu petit volum, afectarà l'absorció i l'alliberament de calor del sòl i la paret interiors. Quan la longitud és massa gran, és difícil controlar la temperatura interior i afectarà la fermesa de l'estructura de l'hivernacle i la configuració del mecanisme d'enrotllament del matalàs de conservació de la calor. L'alçada i l'abast de l'hivernacle afecten directament la il·luminació natural del sostre frontal, la mida de l'espai de l'hivernacle i la relació d'aïllament. Quan l'abast i la longitud de l'hivernacle són fixos, augmentar l'alçada de l'hivernacle pot augmentar l'angle d'il·luminació del sostre frontal des de la perspectiva de l'entorn lluminós, cosa que afavoreix la transmissió de la llum; Des del punt de vista de l'entorn tèrmic, l'alçada de la paret augmenta i la zona d'emmagatzematge de calor de la paret posterior augmenta, cosa que és beneficiosa per a l'emmagatzematge de calor i l'alliberament de calor de la paret posterior. A més, l'espai és gran, la capacitat calorífica també és gran i l'entorn tèrmic de l'hivernacle és més estable. Per descomptat, augmentar l'alçada de l'hivernacle augmentarà el cost de l'hivernacle, cosa que cal tenir en compte a fons. Per tant, a l'hora de dissenyar un hivernacle, hem de triar una longitud, una envergadura i una alçada raonables segons les condicions locals. Per exemple, Zhang Caihong i altres pensen que al nord de Xinjiang, la longitud de l'hivernacle és de 50 a 80 m, l'envergadura és de 7 m i l'alçada de l'hivernacle és de 3,9 m, mentre que al sud de Xinjiang, la longitud de l'hivernacle és de 50 a 80 m, l'envergadura és de 8 m i l'alçada de l'hivernacle és de 3,6 a 4,0 m; També es considera que l'envergadura de l'hivernacle no ha de ser inferior a 7 m, i quan l'envergadura és de 8 m, l'efecte de conservació de la calor és el millor. A més, Chen Weiqian i altres creuen que la longitud, l'envergadura i l'alçada de l'hivernacle solar haurien de ser de 80 m, 8~10 m i 3,8~4,2 m respectivament quan es construeixi a la zona de Gobi de Jiuquan, Gansu.

Millorar l'emmagatzematge de calor i la capacitat d'aïllament de la paret

Durant el dia, la paret acumula calor absorbint la radiació solar i la calor d'una part de l'aire interior. A la nit, quan la temperatura interior és inferior a la temperatura de la paret, la paret alliberarà calor passivament per escalfar l'hivernacle. Com a principal cos d'emmagatzematge de calor de l'hivernacle, la paret pot millorar significativament l'ambient de temperatura nocturna interior millorant la seva capacitat d'emmagatzematge de calor. Al mateix temps, la funció d'aïllament tèrmic de la paret és la base de l'estabilitat de l'entorn tèrmic de l'hivernacle. Actualment, hi ha diversos mètodes per millorar la capacitat d'emmagatzematge de calor i aïllament de les parets.

01 disseny d'una estructura de paret raonable

La funció de la paret inclou principalment l'emmagatzematge i la preservació de la calor, i alhora, la majoria de les parets d'hivernacle també serveixen com a elements portants per suportar la biga del sostre. Des del punt de vista d'obtenir un bon ambient tèrmic, una estructura de paret raonable hauria de tenir prou capacitat d'emmagatzematge de calor a la part interior i prou capacitat de preservació de calor a la part exterior, alhora que redueix els ponts freds innecessaris. En la investigació de l'emmagatzematge i l'aïllament de calor de la paret, Bao Encai i altres van dissenyar la paret d'emmagatzematge de calor passiu de sorra solidificada a la zona desèrtica de Wuhai, a la Mongòlia Interior. Es va utilitzar maó porós com a capa d'aïllament a l'exterior i sorra solidificada com a capa d'emmagatzematge de calor a l'interior. La prova va mostrar que la temperatura interior podia arribar als 13,7 ℃ en dies assolellats. Ma Yuehong etc. va dissenyar una paret composta de blocs de morter de closca de blat al nord de Xinjiang, en què s'omplen blocs de morter de calç viva com a capa d'emmagatzematge de calor i s'apilen bosses d'escòria a l'exterior com a capa d'aïllament. La paret de blocs buits dissenyada per Zhao Peng, etc. a la zona de Gobi de la província de Gansu, utilitza placa de benzè de 100 mm de gruix com a capa d'aïllament a l'exterior i sorra i maó buit com a capa d'emmagatzematge de calor a l'interior. La prova mostra que la temperatura mitjana a l'hivern és superior a 10 ℃ a la nit, i Chai Regeneration, etc. també utilitza sorra i grava com a capa d'aïllament i capa d'emmagatzematge de calor de la paret a la zona de Gobi de la província de Gansu. Pel que fa a la reducció de ponts de fred, Yan Junyue, etc. va dissenyar una paret posterior muntada lleugera i simplificada, que no només va millorar la resistència tèrmica de la paret, sinó que també va millorar la propietat de segellat de la paret enganxant placa de poliestirè a l'exterior de la paret posterior; Wu Letian, etc. va col·locar una biga circular de formigó armat per sobre dels fonaments de la paret de l'hivernacle i va utilitzar estampació de maó trapezoïdal just per sobre de la biga circular per suportar el sostre posterior, cosa que va resoldre el problema que les esquerdes i l'enfonsament dels fonaments són fàcils de produir als hivernacles de Hotian, Xinjiang, afectant així l'aïllament tèrmic dels hivernacles.

02 Trieu materials d'emmagatzematge de calor i aïllament adequats.

L'efecte d'emmagatzematge de calor i aïllament de la paret depèn principalment de l'elecció dels materials. Al desert del nord-oest, Gobi, terres sorrenques i altres zones, segons les condicions del lloc, els investigadors van prendre materials locals i van fer intents audaços per dissenyar molts tipus diferents de parets posteriors d'hivernacles solars. Per exemple, quan Zhang Guosen i altres van construir hivernacles en camps de sorra i grava a Gansu, es van utilitzar sorra i grava com a capes d'emmagatzematge de calor i aïllament de les parets; Segons les característiques de Gobi i el desert al nord-oest de la Xina, Zhao Peng va dissenyar una mena de paret de blocs buits amb gres i blocs buits com a materials. La prova mostra que la temperatura interior nocturna mitjana és superior a 10 ℃. Atesa l'escassetat de materials de construcció com ara maons i argila a la regió de Gobi del nord-oest de la Xina, Zhou Changji i altres van descobrir que els hivernacles locals solen utilitzar còdols com a materials de paret quan van investigar hivernacles solars a la regió de Gobi de Kizilsu Kirgiz, Xinjiang. Atesa la resistència tèrmica i mecànica del còdol, l'hivernacle construït amb còdol té un bon rendiment pel que fa a la conservació de la calor, l'emmagatzematge de calor i la capacitat de càrrega. De la mateixa manera, Zhang Yong, etc., també utilitzen còdols com a material principal de la paret i van dissenyar una paret posterior de còdols d'emmagatzematge de calor independent a Shanxi i altres llocs. La prova demostra que l'efecte d'emmagatzematge de calor és bo. Zhang, etc., van dissenyar un tipus de paret de gres segons les característiques de la zona nord-oest de Gobi, que pot augmentar la temperatura interior en 2,5 ℃. A més, Ma Yuehong i altres van provar la capacitat d'emmagatzematge de calor de la paret de sorra plena de blocs, la paret de blocs i la paret de maó a Hotian, Xinjiang. Els resultats van mostrar que la paret de sorra plena de blocs tenia la major capacitat d'emmagatzematge de calor. A més, per tal de millorar el rendiment d'emmagatzematge de calor de la paret, els investigadors desenvolupen activament nous materials i tecnologies d'emmagatzematge de calor. Per exemple, Bao Encai va proposar un material d'agent de curat de canvi de fase, que es pot utilitzar per millorar la capacitat d'emmagatzematge de calor de la paret posterior d'hivernacles solars a les zones no cultivades del nord-oest. A mesura que s'exploraven materials locals, també s'utilitzen pallers, escòries, taulers de benzè i palla com a materials de paret, però aquests materials normalment només tenen la funció de conservació de calor i no tenen capacitat d'emmagatzematge de calor. En general, les parets farcides de grava i blocs tenen una bona capacitat d'emmagatzematge de calor i aïllament.

03 Augmenteu adequadament el gruix de la paret

Normalment, la resistència tèrmica és un índex important per mesurar el rendiment d'aïllament tèrmic de la paret, i el factor que afecta la resistència tèrmica és el gruix de la capa de material a més de la conductivitat tèrmica del material. Per tant, sobre la base de la selecció de materials d'aïllament tèrmic adequats, augmentar adequadament el gruix de la paret pot augmentar la resistència tèrmica general de la paret i reduir la pèrdua de calor a través de la paret, augmentant així l'aïllament tèrmic i la capacitat d'emmagatzematge de calor de la paret i de tot l'hivernacle. Per exemple, a Gansu i altres zones, el gruix mitjà de la paret de sacs de sorra a la ciutat de Zhangye és de 2,6 m, mentre que el de la paret de maçoneria de morter a la ciutat de Jiuquan és de 3,7 m. Com més gruixuda sigui la paret, més gran serà la seva capacitat d'aïllament tèrmic i d'emmagatzematge de calor. Tanmateix, les parets massa gruixudes augmentaran l'ocupació del terreny i el cost de la construcció d'hivernacles. Per tant, des de la perspectiva de millorar la capacitat d'aïllament tèrmic, també hauríem de donar prioritat a la selecció de materials d'alt aïllament tèrmic amb baixa conductivitat tèrmica, com ara poliestirè, poliuretà i altres materials, i després augmentar el gruix adequadament.

Disseny raonable del sostre posterior

Per al disseny de la teulada posterior, la consideració principal és no causar la influència de l'ombra i millorar la capacitat d'aïllament tèrmic. Per tal de reduir la influència de l'ombra a la teulada posterior, l'ajust del seu angle d'inclinació es basa principalment en el fet que la teulada posterior pot rebre llum solar directa durant el dia quan es planten i produeixen els cultius. Per tant, l'angle d'elevació de la teulada posterior generalment es tria per ser millor que l'angle d'altitud solar local del solstici d'hivern de 7°~8°. Per exemple, Zhang Caihong i altres pensen que quan es construeixen hivernacles solars a les zones de Gobi i terres salines-alcalines de Xinjiang, la longitud projectada de la teulada posterior és d'1,6 m, de manera que l'angle d'inclinació de la teulada posterior és de 40° al sud de Xinjiang i de 45° al nord de Xinjiang. Chen Wei-Qian i altres pensen que la teulada posterior de l'hivernacle solar a la zona de Jiuquan Gobi hauria d'estar inclinada a 40°. Per a l'aïllament tèrmic de la teulada posterior, la capacitat d'aïllament tèrmic s'ha d'assegurar principalment en la selecció de materials d'aïllament tèrmic, el disseny del gruix necessari i la junta de solapament raonable dels materials d'aïllament tèrmic durant la construcció.

Reduir la pèrdua de calor del sòl

Durant la nit d'hivern, com que la temperatura del sòl interior és més alta que la del sòl exterior, la calor del sòl interior es transferirà a l'exterior per conducció de calor, cosa que provocarà la pèrdua de calor de l'hivernacle. Hi ha diverses maneres de reduir la pèrdua de calor del sòl.

01 aïllament del sòl

El terra s'enfonsa correctament, evitant la capa de sòl congelat i utilitzant el sòl per a la conservació de la calor. Per exemple, l'hivernacle solar "1448 tres materials-un cos" desenvolupat per Chai Regeneration i altres terres no cultivades al corredor Hexi es va construir excavant 1 m de profunditat, evitant eficaçment la capa de sòl congelat; D'acord amb el fet que la profunditat del sòl congelat a la zona de Turpan és de 0,8 m, Wang Huamin i altres van suggerir excavar 0,8 m per millorar la capacitat d'aïllament tèrmic de l'hivernacle. Quan Zhang Guosen, etc., van construir la paret posterior de l'hivernacle solar d'excavació de doble arc i doble pel·lícula en terres no cultivables, la profunditat d'excavació va ser d'1 m. L'experiment va mostrar que la temperatura més baixa a la nit va augmentar en 2~3 ℃ en comparació amb l'hivernacle solar tradicional de segona generació.

02 protecció contra el fred de la base

El mètode principal és excavar una rasa resistent al fred al llarg de la part de fonamentació de la teulada frontal, omplir materials d'aïllament tèrmic o enterrar contínuament materials d'aïllament tèrmic sota terra al llarg de la part de la paret de fonamentació, tot això amb l'objectiu de reduir la pèrdua de calor causada per la transferència de calor a través del sòl a la part límit de l'hivernacle. Els materials d'aïllament tèrmic utilitzats es basen principalment en les condicions locals del nord-oest de la Xina i es poden obtenir localment, com ara fenc, escòria, llana de roca, tauler de poliestirè, palla de blat de moro, fems de cavall, fulles caigudes, herba trencada, serradures, males herbes, palla, etc.

03 pel·lícula de coberta vegetal

En cobrir la pel·lícula de plàstic, la llum solar pot arribar al sòl a través d'ella durant el dia, i el sòl absorbeix la calor del sol i s'escalfa. A més, la pel·lícula de plàstic pot bloquejar la radiació d'ona llarga reflectida pel sòl, reduint així la pèrdua de radiació del sòl i augmentant l'emmagatzematge de calor del sòl. A la nit, la pel·lícula de plàstic pot dificultar l'intercanvi de calor per convecció entre el sòl i l'aire interior, reduint així la pèrdua de calor del sòl. Al mateix temps, la pel·lícula de plàstic també pot reduir la pèrdua de calor latent causada per l'evaporació de l'aigua del sòl. Wei Wenxiang va cobrir l'hivernacle amb pel·lícula de plàstic a l'altiplà de Qinghai, i l'experiment va demostrar que la temperatura del sòl podia augmentar aproximadament 1 ℃.

Enfortir el rendiment d'aïllament tèrmic de la teulada frontal

El sostre frontal de l'hivernacle és la principal superfície de dissipació de calor, i la calor perduda representa més del 75% de la pèrdua total de calor a l'hivernacle. Per tant, reforçar la capacitat d'aïllament tèrmic del sostre frontal de l'hivernacle pot reduir eficaçment la pèrdua a través del sostre frontal i millorar l'entorn de temperatura hivernal de l'hivernacle. Actualment, hi ha tres mesures principals per millorar la capacitat d'aïllament tèrmic del sostre frontal.

01 S'adopta una cobertura transparent multicapa.

Estructuralment, l'ús de pel·lícules de doble capa o de tres capes com a superfície transmissora de llum de l'hivernacle pot millorar eficaçment el rendiment d'aïllament tèrmic de l'hivernacle. Per exemple, Zhang Guosen i altres van dissenyar un hivernacle solar de doble arc i doble pel·lícula d'excavació a la zona de Gobi de la ciutat de Jiuquan. L'exterior del sostre frontal de l'hivernacle està fet de pel·lícula EVA i l'interior de l'hivernacle està fet de pel·lícula anti-envelliment de PVC sense degoteig. Els experiments mostren que, en comparació amb l'hivernacle solar tradicional de segona generació, l'efecte d'aïllament tèrmic és excel·lent i la temperatura més baixa a la nit augmenta de 2 a 3 ℃ de mitjana. De la mateixa manera, Zhang Jingshe i altres també van dissenyar un hivernacle solar amb doble coberta de pel·lícula per a les característiques climàtiques d'alta latitud i zones de fred sever, cosa que va millorar significativament l'aïllament tèrmic de l'hivernacle. En comparació amb l'hivernacle de control, la temperatura nocturna va augmentar en 3 ℃. A més, Wu Letian i altres van intentar utilitzar tres capes de pel·lícula EVA de 0,1 mm de gruix al sostre frontal de l'hivernacle solar dissenyat a la zona desèrtica de Hetian, Xinjiang. La pel·lícula multicapa pot reduir eficaçment la pèrdua de calor de la teulada frontal, però com que la transmitància de la llum de la pel·lícula d'una sola capa és bàsicament del 90%, la pel·lícula multicapa conduirà naturalment a l'atenuació de la transmitància de la llum. Per tant, a l'hora de seleccionar una coberta multicapa de transmitància de la llum, cal tenir degudament en compte les condicions d'il·luminació i els requisits d'il·luminació dels hivernacles.

02 Reforçar l'aïllament nocturn de la teulada frontal

S'utilitza pel·lícula de plàstic a la teulada frontal per augmentar la transmitància de la llum durant el dia, i es converteix en el punt més feble de tot l'hivernacle a la nit. Per tant, cobrir la superfície exterior de la teulada frontal amb un gruixut edredó aïllant tèrmic compost és una mesura d'aïllament tèrmic necessària per als hivernacles solars. Per exemple, a la regió alpina de Qinghai, Liu Yanjie i altres van utilitzar cortines de palla i paper kraft com a edredons aïllants tèrmics per a experiments. Els resultats de les proves van mostrar que la temperatura interior més baixa a l'hivernacle a la nit podia superar els 7,7 ℃. A més, Wei Wenxiang creu que la pèrdua de calor de l'hivernacle es pot reduir en més d'un 90% mitjançant l'ús de cortines dobles de gespa o paper kraft a l'exterior de les cortines de gespa per a l'aïllament tèrmic en aquesta zona. A més, Zou Ping, etc., va utilitzar un edredó aïllant tèrmic de feltre de fibra reciclada a l'hivernacle solar a la regió de Gobi de Xinjiang, i Chang Meimei, etc., va utilitzar un edredó aïllant tèrmic de cotó tipus sandvitx aïllant tèrmic a l'hivernacle solar a la regió de Gobi del corredor Hexi. Actualment, hi ha molts tipus d'edredons d'aïllament tèrmic que s'utilitzen en hivernacles solars, però la majoria estan fets de feltre amb agulla, cotó polvoritzat amb cola, cotó perlat, etc., amb capes superficials impermeables o antienvelliment a banda i banda. Segons el mecanisme d'aïllament tèrmic de l'edredon, per millorar el seu rendiment d'aïllament tèrmic, hauríem de començar per millorar la seva resistència tèrmica i reduir el seu coeficient de transferència de calor, i les principals mesures són reduir la conductivitat tèrmica dels materials, augmentar el gruix de les capes de material o augmentar el nombre de capes de material, etc. Per tant, actualment, el material central de l'edredon amb un alt rendiment d'aïllament tèrmic sovint està fet de materials compostos multicapa. Segons la prova, el coeficient de transferència de calor de l'edredon amb un alt rendiment d'aïllament tèrmic actualment pot arribar als 0,5 W/(m2℃), cosa que proporciona una millor garantia per a l'aïllament tèrmic dels hivernacles a les zones fredes a l'hivern. Per descomptat, la zona nord-oest és ventosa i polsegosa, i la radiació ultraviolada és forta, de manera que la capa superficial d'aïllament tèrmic hauria de tenir un bon rendiment antienvelliment.

03 Afegiu una cortina d'aïllament tèrmic interior.

Tot i que la teulada frontal de l'hivernacle solar està coberta amb un mantel d'aïllament tèrmic extern a la nit, pel que fa a altres estructures de tot l'hivernacle, la teulada frontal continua sent un punt feble per a tot l'hivernacle a la nit. Per tant, l'equip del projecte "Estructura i tecnologia de construcció d'hivernacles a terres no cultivables del nord-oest" va dissenyar un sistema enrotllable d'aïllament tèrmic intern senzill (Figura 1), l'estructura del qual consisteix en una cortina d'aïllament tèrmic intern fixa a la part davantera i una cortina d'aïllament tèrmic intern mòbil a l'espai superior. La cortina d'aïllament tèrmic mòbil superior s'obre i es plega a la paret posterior de l'hivernacle durant el dia, cosa que no afecta la il·luminació de l'hivernacle; El mantel d'aïllament tèrmic fix a la part inferior fa la funció de segellar a la nit. El disseny d'aïllament intern és net i fàcil d'operar, i també pot fer la funció d'ombrejar i refrescar a l'estiu.

Tecnologia d'escalfament actiu

A causa de les baixes temperatures a l'hivern al nord-oest de la Xina, si només confiem en la preservació i l'emmagatzematge de calor en hivernacles, encara no podem satisfer els requisits de producció hivernal dels cultius en alguns climes freds, per la qual cosa també es preocupen algunes mesures d'escalfament actiu.

Sistema d'emmagatzematge d'energia solar i alliberament de calor

És una raó important que la paret tingui les funcions de preservació de calor, emmagatzematge de calor i càrrega, cosa que comporta un alt cost de construcció i una baixa taxa d'utilització del sòl dels hivernacles solars. Per tant, la simplificació i el muntatge dels hivernacles solars seran una direcció de desenvolupament important en el futur. Entre elles, la simplificació de la funció de la paret és alliberar la funció d'emmagatzematge i alliberament de calor de la paret, de manera que la paret posterior només tingui la funció de preservació de calor, que és una manera eficaç de simplificar el desenvolupament. Per exemple, el sistema actiu d'emmagatzematge i alliberament de calor de Fang Hui (Figura 2) s'utilitza àmpliament en zones no cultivades com Gansu, Ningxia i Xinjiang. El seu dispositiu de recollida de calor està penjat a la paret nord. Durant el dia, la calor recollida pel dispositiu de recollida de calor s'emmagatzema al cos d'emmagatzematge de calor a través de la circulació del medi d'emmagatzematge de calor, i a la nit, la calor s'allibera i s'escalfa mitjançant la circulació del medi d'emmagatzematge de calor, realitzant així la transferència de calor en el temps i l'espai. Els experiments mostren que la temperatura mínima a l'hivernacle es pot augmentar en 3~5 ℃ mitjançant l'ús d'aquest dispositiu. Wang Zhiwei etc. va proposar un sistema de calefacció amb cortina d'aigua per a hivernacles solars a la zona desèrtica del sud de Xinjiang, que pot augmentar la temperatura de l'hivernacle en 2,1 ℃ a la nit.

A més, Bao Encai etc. va dissenyar un sistema de circulació d'emmagatzematge de calor actiu per a la paret nord. Durant el dia, a través de la circulació de ventiladors axials, l'aire calent interior flueix a través del conducte de transferència de calor integrat a la paret nord, i el conducte de transferència de calor intercanvia calor amb la capa d'emmagatzematge de calor dins de la paret, cosa que millora significativament la capacitat d'emmagatzematge de calor de la paret. A més, el sistema d'emmagatzematge de calor de canvi de fase solar dissenyat per Yan Yantao etc. emmagatzema calor en els materials de canvi de fase a través de col·lectors solars durant el dia i després dissipa la calor a l'aire interior a través de la circulació d'aire a la nit, cosa que pot augmentar la temperatura mitjana en 2,0 ℃ a la nit. Les tecnologies i equips d'utilització d'energia solar esmentats anteriorment tenen les característiques d'economia, estalvi d'energia i baixes emissions de carboni. Després de l'optimització i la millora, haurien de tenir una bona perspectiva d'aplicació a les zones amb abundants recursos d'energia solar al nord-oest de la Xina.

Altres tecnologies de calefacció auxiliar

01 calefacció amb energia de biomassa

El llit, la palla, els fems de vaca, els fems d'ovella i els fems de pollastre es barregen amb bacteris biològics i s'enterren al sòl de l'hivernacle. Durant el procés de fermentació es genera molta calor i es generen moltes soques beneficioses, matèria orgànica i CO2. Les soques beneficioses poden inhibir i matar una varietat de gèrmens i poden reduir l'aparició de malalties i plagues d'hivernacle; la matèria orgànica pot convertir-se en fertilitzant per als cultius; el CO2 produït pot millorar la fotosíntesi dels cultius. Per exemple, Wei Wenxiang va enterrar fertilitzants orgànics calents com ara fems de cavall, fems de vaca i fems d'ovella al sòl interior de l'hivernacle solar a l'altiplà de Qinghai, cosa que va augmentar eficaçment la temperatura del sòl. A l'hivernacle solar de la zona del desert de Gansu, Zhou Zhilong va utilitzar palla i fertilitzant orgànic per fermentar entre cultius. La prova va mostrar que la temperatura de l'hivernacle es podia augmentar en 2~3 ℃.

02 calefacció de carbó

Hi ha estufes artificials, escalfadors d'aigua d'estalvi d'energia i calefacció. Per exemple, després d'una investigació a l'altiplà de Qinghai, Wei Wenxiang va descobrir que la calefacció per forn artificial s'utilitzava principalment localment. Aquest mètode de calefacció té els avantatges d'un escalfament més ràpid i un efecte de calefacció evident. Tanmateix, en el procés de crema de carbó es produiran gasos nocius com el SO2, el CO i el H2S, per la qual cosa cal fer una bona feina d'eliminació dels gasos nocius.

03 calefacció elèctrica

Feu servir un cable calefactor elèctric per escalfar el sostre frontal de l'hivernacle o utilitzeu un calefactor elèctric. L'efecte de calefacció és remarcable, l'ús és segur, no es generen contaminants a l'hivernacle i l'equip de calefacció és fàcil de controlar. Chen Weiqian i altres creuen que el problema dels danys per congelació a l'hivern a la zona de Jiuquan dificulta el desenvolupament de l'agricultura local de Gobi, i es poden utilitzar elements calefactors elèctrics per escalfar l'hivernacle. Tanmateix, a causa de l'ús de recursos energètics elèctrics d'alta qualitat, el consum d'energia és elevat i el cost és elevat. Es suggereix que s'utilitzi com a mitjà temporal de calefacció d'emergència en temps de fred extrem.

Mesures de gestió ambiental

En el procés de producció i ús d'un hivernacle, l'equip complet i el funcionament normal no poden garantir eficaçment que el seu entorn tèrmic compleixi els requisits de disseny. De fet, l'ús i la gestió de l'equip sovint tenen un paper clau en la formació i el manteniment de l'entorn tèrmic, el més important dels quals és la gestió diària de l'aïllament tèrmic i la ventilació.

Gestió de l'edredó d'aïllament tèrmic

L'edredó aïllant tèrmic és la clau per a l'aïllament tèrmic nocturn de la teulada frontal, per la qual cosa és extremadament important refinar la seva gestió i manteniment diaris, especialment cal parar atenció als següents problemes:①Trieu el temps d'obertura i tancament adequat de l'edredó aïllant tèrmic. El temps d'obertura i tancament de l'edredó aïllant tèrmic no només afecta el temps d'il·luminació de l'hivernacle, sinó que també afecta el procés de calefacció a l'hivernacle. Obrir i tancar l'edredó aïllant tèrmic massa aviat o massa tard no afavoreix la recollida de calor. Al matí, si l'edredó es destapa massa aviat, la temperatura interior baixarà massa a causa de la baixa temperatura exterior i la llum feble. Al contrari, si l'hora de destapar l'edredó és massa tardana, el temps de recepció de llum a l'hivernacle s'escurçarà i el temps d'augment de la temperatura interior es retardarà. A la tarda, si l'edredó aïllant tèrmic s'apaga massa aviat, el temps d'exposició interior s'escurçarà i l'emmagatzematge de calor del sòl i les parets interiors es reduirà. Al contrari, si la conservació de la calor s'apaga massa tard, la dissipació de calor de l'hivernacle augmentarà a causa de la baixa temperatura exterior i la llum feble. Per tant, en general, quan s'encén l'edredó aïllant tèrmic al matí, és recomanable que la temperatura augmenti després d'1~2 ℃ baixar, mentre que quan s'apaga, és recomanable que la temperatura augmenti després d'1~2 ℃ baixar. ② Quan tanqueu l'edredó aïllant tèrmic, observeu si cobreix totes les teulades frontals hermèticament i ajusteu-les a temps si hi ha algun espai. ③ Després de col·locar completament l'edredó aïllant tèrmic, comproveu si la part inferior s'ha compactat per evitar que l'efecte de conservació de la calor sigui aixecat pel vent a la nit. ④ Comproveu i manteniu l'edredó aïllant tèrmic a temps, especialment quan estigui danyat, repareu-lo o substituïu-lo a temps. ⑤ Presteu atenció a les condicions meteorològiques a temps. Quan plogui o nevi, cobriu l'edredó aïllant tèrmic a temps i traieu la neu a temps.

Gestió de ventilacions

El propòsit de la ventilació a l'hivern és ajustar la temperatura de l'aire per evitar temperatures excessives al voltant del migdia; el segon és eliminar la humitat interior, reduir la humitat de l'aire a l'hivernacle i controlar les plagues i malalties; el tercer és augmentar la concentració de CO2 interior i promoure el creixement dels cultius. Tanmateix, la ventilació i la preservació de la calor són contradictòries. Si la ventilació no es gestiona correctament, probablement comportarà problemes de baixa temperatura. Per tant, quan i quant de temps s'han d'obrir les reixetes de ventilació s'ha d'ajustar dinàmicament segons les condicions ambientals de l'hivernacle en qualsevol moment. A les zones no cultivades del nord-oest, la gestió de les reixetes de ventilació d'hivernacle es divideix principalment en dues maneres: funcionament manual i ventilació mecànica simple. Tanmateix, el temps d'obertura i el temps de ventilació de les reixetes de ventilació es basen principalment en el judici subjectiu de les persones, de manera que pot passar que les reixetes de ventilació s'obrin massa aviat o massa tard. Per resoldre els problemes anteriors, Yin Yilei etc. va dissenyar un dispositiu de ventilació intel·ligent per a la teulada, que pot determinar el temps d'obertura i la mida d'obertura i tancament dels forats de ventilació segons els canvis de l'entorn interior. Amb l'aprofundiment de la recerca sobre la llei del canvi ambiental i la demanda de cultius, així com la popularització i el progrés de tecnologies i equips com la percepció ambiental, la recopilació d'informació, l'anàlisi i el control, l'automatització de la gestió de la ventilació en hivernacles solars hauria de ser una direcció de desenvolupament important en el futur.

Altres mesures de gestió

En el procés d'ús de diversos tipus de pel·lícules cobertes, la seva capacitat de transmissió de llum s'afeblirà gradualment, i la velocitat de debilitament no només està relacionada amb les seves pròpies propietats físiques, sinó també amb l'entorn circumdant i la gestió durant l'ús. En el procés d'ús, el factor més important que condueix a la disminució del rendiment de transmissió de llum és la contaminació de la superfície de la pel·lícula. Per tant, és extremadament important dur a terme una neteja i neteja regulars quan les condicions ho permetin. A més, l'estructura de tancament de l'hivernacle s'ha de revisar regularment. Quan hi hagi una fuita a la paret i al sostre frontal, s'ha de reparar a temps per evitar que l'hivernacle es vegi afectat per la infiltració d'aire fred.

Problemes existents i direcció de desenvolupament

Els investigadors han explorat i estudiat durant molts anys la tecnologia de conservació i emmagatzematge de calor, la tecnologia de gestió i els mètodes d'escalfament dels hivernacles a les zones no cultivades del nord-oest, cosa que bàsicament ha permès aconseguir la producció hivernal de verdures, ha millorat considerablement la capacitat de l'hivernacle per resistir els danys causats pel fred a baixa temperatura i, bàsicament, ha permès aconseguir la producció hivernal de verdures. Ha fet una contribució històrica per alleujar la contradicció entre els aliments i les verdures que competeixen per la terra a la Xina. Tanmateix, encara hi ha els següents problemes en la tecnologia de garantia de temperatura al nord-oest de la Xina.

Tipus d'hivernacles a millorar

Actualment, els tipus d'hivernacles continuen sent els habituals construïts a finals del segle XX i principis d'aquest segle, amb una estructura simple, un disseny poc raonable, una capacitat deficient per mantenir l'entorn tèrmic de l'hivernacle i resistir els desastres naturals, i una manca d'estandardització. Per tant, en el futur disseny d'hivernacles, la forma i la inclinació del sostre frontal, l'angle d'azimut de l'hivernacle, l'alçada de la paret posterior, la profunditat d'enfonsament de l'hivernacle, etc., s'haurien d'estandarditzar combinant completament la latitud geogràfica local i les característiques climàtiques. Al mateix temps, només es pot plantar un cultiu en un hivernacle en la mesura que sigui possible, de manera que es pugui dur a terme una coincidència d'hivernacles estandarditzada segons els requisits de llum i temperatura dels cultius plantats.

L'escala d'hivernacle és relativament petita.

Si l'escala de l'hivernacle és massa petita, afectarà l'estabilitat de l'entorn tèrmic de l'hivernacle i el desenvolupament de la mecanització. Amb l'augment gradual del cost de la mà d'obra, el desenvolupament de la mecanització és una direcció important en el futur. Per tant, en el futur, hauríem de basar-nos en el nivell de desenvolupament local, tenir en compte les necessitats del desenvolupament de la mecanització, dissenyar racionalment l'espai interior i la distribució dels hivernacles, accelerar la investigació i el desenvolupament d'equips agrícoles adequats per a les zones locals i millorar la taxa de mecanització de la producció d'hivernacles. Al mateix temps, segons les necessitats dels cultius i els patrons de cultiu, els equips pertinents s'han de combinar amb els estàndards, i s'ha de promoure la investigació i el desenvolupament integrats, la innovació i la popularització dels equips de ventilació, reducció de la humitat, conservació de la calor i calefacció.

El gruix de parets com ara sorra i blocs buits encara és gruixut.

Si la paret és massa gruixuda, tot i que l'efecte d'aïllament és bo, reduirà la taxa d'utilització del sòl, augmentarà el cost i la dificultat de la construcció. Per tant, en el desenvolupament futur, d'una banda, el gruix de la paret es pot optimitzar científicament segons les condicions climàtiques locals; D'altra banda, hauríem de promoure el desenvolupament lleuger i simplificat de la paret posterior, de manera que la paret posterior de l'hivernacle només conservi la funció de preservació de la calor, utilitzant col·lectors solars i altres equips per substituir l'emmagatzematge i l'alliberament de calor de la paret. Els col·lectors solars tenen les característiques d'alta eficiència de recollida de calor, forta capacitat de recollida de calor, estalvi d'energia, baixes emissions de carboni, etc., i la majoria d'ells poden realitzar una regulació i un control actius, i poden dur a terme una calefacció exotèrmica específica segons els requisits ambientals de l'hivernacle a la nit, amb una major eficiència d'utilització de la calor.

Cal desenvolupar un edredó especial per a l'aïllament tèrmic.

El sostre frontal és el cos principal de dissipació de calor a l'hivernacle, i el rendiment d'aïllament tèrmic de l'edredó aïllant tèrmic afecta directament l'ambient tèrmic interior. Actualment, la temperatura ambient de l'hivernacle en algunes zones no és bona, en part perquè l'edredó aïllant tèrmic és massa prim i el rendiment d'aïllament tèrmic dels materials és insuficient. Al mateix temps, l'edredó aïllant tèrmic encara té alguns problemes, com ara una mala impermeabilitat i resistència a l'aigua, un fàcil envelliment dels materials de la superfície i del nucli, etc. Per tant, en el futur, s'haurien de seleccionar científicament materials d'aïllament tèrmic adequats segons les característiques i requisits climàtics locals, i s'haurien de dissenyar i desenvolupar productes d'edredó aïllant tèrmic especials adequats per a l'ús i la popularització locals.

FI

Informació citada

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Estat de la recerca sobre la tecnologia de garantia de la temperatura ambiental dels hivernacles solars en terres no cultivades del nord-oest [J]. Tecnologia d'Enginyeria Agrícola, 2022,42(28):12-20.