Li Jianming, Sun Guotao osv.Drivhushavebrugsteknologi til landbrugsteknik2022-11-21 17:42 Udgivet i Beijing

I de senere år er drivhusindustrien blevet kraftigt udviklet. Udviklingen af ​​drivhuse forbedrer ikke kun arealudnyttelsesgraden og produktionshastigheden for landbrugsprodukter, men løser også forsyningsproblemet med frugt og grøntsager i lavsæsonen. Drivhuse har dog også mødt hidtil usete udfordringer. De oprindelige faciliteter, opvarmningsmetoder og strukturelle former har skabt modstandsdygtighed over for miljøet og udviklingen. Der er et presserende behov for nye materialer og nye designs for at ændre drivhusstrukturen, og der er et presserende behov for nye energikilder for at opnå målene om energibesparelse og miljøbeskyttelse samt øge produktion og indkomst.

Denne artikel diskuterer temaet "ny energi, nye materialer, nyt design til at hjælpe den nye revolution inden for drivhuse", herunder forskning og innovation inden for solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og andre nye energikilder i drivhuse, forskning og anvendelse af nye materialer til beklædning, varmeisolering, vægge og andet udstyr, samt fremtidsudsigterne og tænkningen inden for ny energi, nye materialer og nyt design til at hjælpe drivhusreformen med at danne reference for industrien.

Udvikling af faciliteret landbrug er et politisk krav og et uundgåeligt valg for at implementere ånden i de vigtige instruktioner og centralregeringens beslutningstagning. I 2020 vil det samlede areal af beskyttet landbrug i Kina være 2,8 millioner hm2, og produktionsværdien vil overstige 1 billion yuan. Det er en vigtig måde at forbedre drivhusproduktionskapaciteten på ved at forbedre drivhusbelysningen og varmeisoleringen gennem ny energi, nye materialer og nyt drivhusdesign. Der er mange ulemper ved traditionel drivhusproduktion, såsom kul, fyringsolie og andre energikilder, der bruges til opvarmning og opvarmning i traditionelle drivhuse, hvilket resulterer i en stor mængde dioxidgas, som forurener miljøet alvorligt, mens naturgas, el og andre energikilder øger driftsomkostningerne for drivhuse. Traditionelle varmelagringsmaterialer til drivhusvægge er for det meste ler og mursten, som forbruger meget og forårsager alvorlig skade på jordressourcerne. Jordudnyttelseseffektiviteten af ​​traditionelle soldrevne drivhuse med jordvold er kun 40% ~ 50%, og et almindeligt drivhus har dårlig varmelagringskapacitet, så det kan ikke overleve vinteren for at producere varme grøntsager i det nordlige Kina. Derfor ligger kernen i at fremme drivhusgasændringer, eller grundforskning, i design af drivhuse, forskning og udvikling af nye materialer og ny energi. Denne artikel vil fokusere på forskning og innovation inden for nye energikilder i drivhuse, opsummere forskningsstatus for nye energikilder såsom solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi, vindenergi og nye transparente dækmaterialer, varmeisoleringsmaterialer og vægmaterialer i drivhuse, analysere anvendelsen af ​​ny energi og nye materialer i konstruktionen af ​​nye drivhuse og se frem til deres rolle i den fremtidige udvikling og transformation af drivhuse.

Forskning og innovation inden for nye energidrivhuse

Den grønne nye energi med det største potentiale for landbrugsmæssig udnyttelse omfatter solenergi, geotermisk energi og biomasseenergi eller omfattende udnyttelse af en række nye energikilder for at opnå effektiv energiudnyttelse ved at lære af hinandens stærke sider.

solenergi/strøm

Solenergiteknologi er en kulstoffattig, effektiv og bæredygtig energiforsyningsmetode og en vigtig komponent i Kinas strategiske vækstindustrier. Det vil blive et uundgåeligt valg for transformationen og opgraderingen af ​​Kinas energistruktur i fremtiden. Fra et energiudnyttelsesperspektiv er drivhuset i sig selv en facilitetsstruktur til udnyttelse af solenergi. Gennem drivhuseffekten opsamles solenergien indendørs, temperaturen i drivhuset hæves, og den nødvendige varme til afgrødevækst tilvejebringes. Den primære energikilde til fotosyntese i drivhusplanter er direkte sollys, hvilket er den direkte udnyttelse af solenergi.

01 Solcelleanlæg til varmeproduktion

Fotovoltaisk kraftproduktion er en teknologi, der direkte omdanner lysenergi til elektrisk energi baseret på den fotovoltaiske effekt. Nøgleelementet i denne teknologi er solceller. Når solenergi skinner på en række solpaneler i serie eller parallelt, omdanner halvlederkomponenter direkte solstrålingsenergi til elektrisk energi. Fotovoltaisk teknologi kan direkte omdanne lysenergi til elektrisk energi, lagre elektricitet via batterier og opvarme drivhuset om natten, men dens høje omkostninger begrænser dens videre udvikling. Forskergruppen udviklede en fotovoltaisk grafenvarmeenhed, som består af fleksible fotovoltaiske paneler, en alt-i-en-omvendt styremaskine, et akkumulatorbatteri og en grafenvarmestang. I henhold til længden af ​​plantelinjen begraves grafenvarmestangen under substratposen. I løbet af dagen absorberer de fotovoltaiske paneler solstråling for at generere elektricitet og lagrer den i akkumulatoren, og derefter frigives elektriciteten om natten til grafenvarmestangen. I den faktiske måling anvendes temperaturstyringstilstanden, der starter ved 17 ℃ og lukker ved 19 ℃. Ved 8 timers drift om natten (kl. 20:00-08:00 på den anden dag) er energiforbruget til opvarmning af en enkelt række planter 1,24 kW·t, og den gennemsnitlige temperatur i substratposen om natten er 19,2 ℃, hvilket er 3,5 ~ 5,3 ℃ højere end kontrolmodellen. Denne opvarmningsmetode kombineret med fotovoltaisk energiproduktion løser problemerne med højt energiforbrug og høj forurening ved opvarmning af drivhuse om vinteren.

02 fototermisk konvertering og udnyttelse

Solfototermisk konvertering refererer til brugen af ​​en speciel sollysopsamlingsflade lavet af fototermiske konverteringsmaterialer til at opsamle og absorbere så meget solenergi som muligt, der udstråles på den, og omdanne den til varmeenergi. Sammenlignet med solcelleanlæg øger solfototermiske anvendelser absorptionen af ​​det nær-infrarøde bånd, så den har en højere energiudnyttelseseffektivitet af sollys, lavere omkostninger og moden teknologi, og er den mest anvendte måde at udnytte solenergi på.

Den mest modne teknologi inden for fototermisk konvertering og udnyttelse i Kina er solfangere, hvis kernekomponent er en varmeabsorberende pladekerne med selektiv absorptionsbelægning, som kan omdanne solstrålingsenergien, der passerer gennem dækpladen, til varmeenergi og overføre den til det varmeabsorberende arbejdsmedium. Solfangere kan opdeles i to kategorier alt efter om der er et vakuumrum i samleren eller ej: flade solfangere og vakuumrørsolfangere; koncentrerende solfangere og ikke-koncentrerende solfangere alt efter om solstrålingen ved dagslysåbningen ændrer retning; og flydende solfangere og luftsolfangere alt efter typen af ​​varmeoverføringsarbejdsmedium.

Solenergiudnyttelse i drivhuse udføres hovedsageligt gennem forskellige typer solfangere. Ibn Zor Universitet i Marokko har udviklet et aktivt solvarmesystem (ASHS) til opvarmning af drivhuse, som kan øge den samlede tomatproduktion med 55 % om vinteren. China Agricultural University har designet og udviklet et sæt overfladekøler-blæseropsamlings- og udledningssystemer med en varmeopsamlingskapacitet på 390,6 ~ 693,0 MJ og fremsat ideen om at adskille varmeopsamlingsprocessen fra varmelagringsprocessen ved hjælp af varmepumper. Universitetet i Bari i Italien har udviklet et drivhus-polygenerationsvarmesystem, der består af et solenergisystem og en luft-vand-varmepumpe, og som kan øge lufttemperaturen med 3,6 % og jordtemperaturen med 92 %. Forskergruppen har udviklet en type aktivt solvarmeopsamlingsudstyr med variabel hældningsvinkel til soldrevne drivhuse og en understøttende varmelagringsenhed til drivhusvandmasser på tværs af vejret. Aktiv solvarmeopsamlingsteknologi med variabel hældning bryder med begrænsningerne ved traditionelt drivhusvarmeopsamlingsudstyr, såsom begrænset varmeopsamlingskapacitet, skygge og udnyttelse af dyrket jord. Ved at bruge den specielle drivhusstruktur i solcelledrivhuset udnyttes drivhusets ikke-planteareal fuldt ud, hvilket forbedrer udnyttelsesgraden af ​​drivhusarealet betydeligt. Under typiske solrige driftsforhold når det aktive solvarmeopsamlingssystem med variabel hældning 1,9 MJ/(m2h), energiudnyttelseseffektiviteten når 85,1%, og energibesparelsesraten er 77%. I drivhusvarmelagringsteknologien indstilles flerfaseskift-varmelagringsstrukturen, varmelagringskapaciteten for varmelagringsenheden øges, og den langsomme frigivelse af varme fra enheden realiseres for at realisere en effektiv udnyttelse af den varme, der opsamles af drivhusets solvarmeopsamlingsudstyr.

biomasseenergi

En ny facilitetsstruktur bygges ved at kombinere biomassevarmeproduktionsenheden med drivhuset, og biomasseråmaterialerne såsom svinegødning, svamperester og halm komposteres for at brygge varme, og den genererede varmeenergi tilføres direkte til drivhuset [5]. Sammenlignet med drivhuset uden biomassefermenteringsvarmetank kan varmedrivhuset effektivt øge jordtemperaturen i drivhuset og opretholde den rette temperatur for rødderne af afgrøder, der dyrkes i jorden i det normale klima om vinteren. Hvis vi tager et enkeltlags asymmetrisk varmeisoleringsdrivhus med en spændvidde på 17 m og en længde på 30 m som eksempel, kan tilsætning af 8 m landbrugsaffald (blandet tomathalm og svinegødning) til den indendørs fermenteringstank for naturlig fermentering uden at vende bunken øge den gennemsnitlige daglige temperatur i drivhuset med 4,2 ℃ om vinteren, og den gennemsnitlige daglige minimumstemperatur kan nå 4,6 ℃.

Energiudnyttelse af biomassekontrolleret fermentering er en fermenteringsmetode, der bruger instrumenter og udstyr til at styre fermenteringsprocessen for hurtigt at opnå og effektivt udnytte biomassevarmeenergi og CO2-gasgødning, hvoraf ventilation og fugt er nøglefaktorer til at regulere fermenteringsvarmen og gasproduktionen af ​​biomasse. Under ventilerede forhold bruger aerobe mikroorganismer i fermenteringsbunken ilt til livsaktiviteter, og en del af den genererede energi bruges til deres egne livsaktiviteter, og en del af energien frigives til miljøet som varmeenergi, hvilket er gavnligt for temperaturstigningen i miljøet. Vand deltager i hele fermenteringsprocessen og leverer nødvendige opløselige næringsstoffer til mikrobielle aktiviteter, samtidig med at varmen fra bunken frigives i form af damp gennem vandet, hvilket reducerer bunkens temperatur, forlænger mikroorganismernes levetid og øger bunkens bulktemperatur. Installation af halmudvaskningsanordning i fermenteringstanken kan øge indetemperaturen med 3 ~ 5 ℃ om vinteren, styrke planternes fotosyntese og øge tomatudbyttet med 29,6%.

Geotermisk energi

Kina er rigt på geotermiske ressourcer. I øjeblikket er den mest almindelige måde for landbrugsanlæg at udnytte geotermisk energi på at bruge jordvarmepumper, som kan overføre fra lavkvalitetsvarmeenergi til højkvalitetsvarmeenergi ved at tilføre en lille mængde højkvalitetsenergi (såsom elektrisk energi). I modsætning til traditionelle drivhusopvarmningsmetoder kan jordvarmepumpeopvarmning ikke kun opnå en betydelig varmeeffekt, men også have evnen til at køle drivhuset og reducere fugtigheden i drivhuset. Anvendelsesforskningen af ​​jordvarmepumper inden for boligbyggeri er moden. Den kernedel, der påvirker jordvarmepumpens varme- og kølekapacitet, er det underjordiske varmevekslingsmodul, som hovedsageligt omfatter nedgravede rør, underjordiske brønde osv. Hvordan man designer et underjordisk varmevekslingssystem med en afbalanceret pris og effekt har altid været forskningsfokus i denne del. Samtidig påvirker ændringen i temperaturen i det underjordiske jordlag ved anvendelse af jordvarmepumper også brugseffekten af ​​varmepumpesystemet. Brug af jordvarmepumpen til at køle drivhuset ned om sommeren og lagre varmeenergien i det dybe jordlag kan afhjælpe temperaturfaldet i det underjordiske jordlag og forbedre jordvarmepumpens varmeproduktionseffektivitet om vinteren.

I øjeblikket er der i forskningen af ​​jordvarmepumpers ydeevne og effektivitet etableret en numerisk model gennem faktiske eksperimentelle data med software som TOUGH2 og TRNSYS, og det konkluderes, at jordvarmepumpens varmeydelse og ydelseskoefficient (COP) kan nå 3,0 ~ 4,5, hvilket har en god køle- og varmeeffekt. I forskningen af ​​varmepumpesystemets driftsstrategi fandt Fu Yunzhun og andre, at jordvarmesystemets flow har en større indflydelse på enhedens ydeevne og varmeoverføringsydelsen i det nedgravede rør sammenlignet med belastningssidens flow. Under indstilling af flowet kan enhedens maksimale COP-værdi nå 4,17 ved at anvende driftsskemaet med 2 timers drift og 2 timers stop. Shi Huixian et. anvendte en intermitterende driftstilstand for vandlagringskølesystemet. Om sommeren, når temperaturen er høj, kan COP for hele energiforsyningssystemet nå 3,80.

Teknologi til lagring af dyb jordvarme i drivhus

Dyb jordvarmelagring i drivhus kaldes også "varmelagringsbank" i drivhuse. Kuldeskader om vinteren og høje temperaturer om sommeren er de største hindringer for drivhusproduktion. Baseret på den stærke varmelagringskapacitet i dyb jord har forskergruppen designet en underjordisk dyb varmelagringsenhed til drivhuse. Enheden er en dobbeltlags parallel varmeoverføringsrørledning nedgravet i en dybde af 1,5-2,5 m under jorden i drivhuset, med et luftindtag øverst i drivhuset og et luftudtag på jorden. Når temperaturen i drivhuset er høj, pumpes indeluften kraftigt ned i jorden af ​​en ventilator for at opnå varmelagring og temperaturreduktion. Når temperaturen i drivhuset er lav, udvindes varme fra jorden for at opvarme drivhuset. Produktions- og anvendelsesresultaterne viser, at enheden kan øge drivhustemperaturen med 2,3 ℃ om vinternatten, reducere indetemperaturen med 2,6 ℃ om sommeren og øge tomatudbyttet med 1500 kg på 667 m.²Enheden udnytter fuldt ud egenskaberne "varm om vinteren og kølig om sommeren" og "konstant temperatur" i den dybe underjordiske jord, giver en "energibank" til drivhuset og udfører kontinuerligt hjælpefunktionerne til køling og opvarmning af drivhuset.

Multienergikoordinering

Brug af to eller flere energityper til opvarmning af drivhuset kan effektivt opveje ulemperne ved én energitype og give plads til superpositionseffekten "en plus en er større end to". Det komplementære samarbejde mellem geotermisk energi og solenergi er et forskningsfokuspunkt inden for ny energiudnyttelse i landbrugsproduktionen i de senere år. Emmi et. studerede et multikilde-energisystem (Figur 1), som er udstyret med en solcelle-termisk hybrid solfanger. Sammenlignet med det almindelige luft-vand-varmepumpesystem er energieffektiviteten af ​​multikilde-energisystemet forbedret med 16%~25%. Zheng et. udviklede en ny type koblet varmelagringssystem med solenergi og jordvarmepumpe. Solfangersystemet kan realisere sæsonbestemt lagring af varme af høj kvalitet, dvs. opvarmning af høj kvalitet om vinteren og køling af høj kvalitet om sommeren. Den nedgravede rørvarmeveksler og den intermitterende varmelagringstanke kan alle køre godt i systemet, og systemets COP-værdi kan nå 6,96.

Kombineret med solenergi sigter det mod at reducere forbruget af kommerciel strøm og forbedre stabiliteten af ​​solenergiforsyningen i drivhuse. Wan Ya et al. fremsatte en ny intelligent styringsteknologiordning, der kombinerer solenergiproduktion med kommerciel strøm til opvarmning af drivhuse, som kan udnytte solcelleenergi, når der er lys, og omdanne den til kommerciel strøm, når der ikke er lys, hvilket i høj grad reducerer manglen på belastningseffekt og reducerer de økonomiske omkostninger uden at bruge batterier.

Solenergi, biomasseenergi og elektrisk energi kan i fællesskab opvarme drivhuse, hvilket også kan opnå høj opvarmningseffektivitet. Zhang Liangrui og andre kombinerede solcellebaseret vakuumrørsvarmeopsamling med en dalbaseret el-varmelagringsvandtank. Drivhusvarmesystemet har god termisk komfort, og systemets gennemsnitlige opvarmningseffektivitet er 68,70%. Den elektriske varmelagringsvandtank er en biomasseopvarmningsvandlagringsenhed med elektrisk opvarmning. Den laveste temperatur på vandindløbet ved opvarmningsenden indstilles, og systemets driftsstrategi bestemmes i henhold til vandlagringstemperaturen i solvarmeopsamlingsdelen og biomassevarmelagringsdelen for at opnå en stabil opvarmningstemperatur ved opvarmningsenden og spare elektrisk energi og biomasseenergimaterialer i videst muligt omfang.

Innovativ forskning og anvendelse af nye drivhusmaterialer

Med udvidelsen af ​​drivhusarealet bliver ulemperne ved anvendelsen af ​​traditionelle drivhusmaterialer som mursten og jord i stigende grad afsløret. For yderligere at forbedre drivhusets termiske ydeevne og imødekomme udviklingsbehovene i moderne drivhuse, er der derfor mange undersøgelser og anvendelser af nye transparente dækmaterialer, varmeisoleringsmaterialer og vægmaterialer.

Forskning og anvendelse af nye transparente belægningsmaterialer

De typer af transparente afdækningsmaterialer til drivhuse omfatter primært plastfilm, glas, solpaneler og solcellepaneler, hvoraf plastfilm har det største anvendelsesområde. Den traditionelle PE-film til drivhuse har ulemperne ved kort levetid, manglende nedbrydning og kun én funktion. I øjeblikket er der udviklet en række nye funktionelle film ved at tilsætte funktionelle reagenser eller belægninger.

Lyskonverteringsfilm:Lyskonverteringsfilmen ændrer filmens optiske egenskaber ved hjælp af lyskonverteringsmidler såsom sjældne jordarter og nanomaterialer og kan omdanne det ultraviolette lysområde til rødt orange lys og blåviolet lys, der kræves af planters fotosyntese, og dermed øge afgrødeudbyttet og reducere skader fra ultraviolet lys på afgrøder og drivhusfilm i plastikdrivhuse. For eksempel kan den bredbåndede lilla-til-røde drivhusfilm med VTR-660 lyskonverteringsmiddel forbedre den infrarøde transmission betydeligt, når den anvendes i drivhus, og sammenlignet med kontroldrivhuset øges tomatudbyttet pr. hektar, C-vitaminindholdet og lycopenindholdet betydeligt med henholdsvis 25,71 %, 11,11 % og 33,04 %. Imidlertid skal levetiden, nedbrydeligheden og omkostningerne ved den nye lyskonverteringsfilm stadig undersøges.

Spredt glasSpredt glas i drivhus er et specielt mønster og antirefleksionsteknologi på glasoverfladen, der kan maksimere sollyset til spredt lys, der trænger ind i drivhuset, forbedre afgrødernes fotosynteseeffektivitet og øge afgrødeudbyttet. Spredt glas omdanner lyset, der trænger ind i drivhuset, til spredt lys gennem specielle mønstre, og det spredte lys kan bestråles mere jævnt ind i drivhuset, hvilket eliminerer skyggepåvirkningen fra skelettet på drivhuset. Sammenlignet med almindeligt floatglas og ultrahvidt floatglas er standarden for lystransmission for spredt glas 91,5%, og den for almindeligt floatglas er 88%. For hver 1% stigning i lystransmissionen inde i drivhuset kan udbyttet øges med ca. 3%, og mængden af ​​opløseligt sukker og C-vitamin i frugt og grøntsager er steget. Spredt glas i drivhus er først belagt og derefter hærdet, og selveksplosionsraten er højere end den nationale standard og når 2‰.

Forskning og anvendelse af nye varmeisoleringsmaterialer

Traditionelle varmeisoleringsmaterialer i drivhuse omfatter hovedsageligt stråmåtter, papirtæpper, nålefilt-varmeisoleringstæpper osv., som hovedsageligt anvendes til intern og udvendig varmeisolering af tage, vægisolering og varmeisolering af visse varmelagrings- og varmeopsamlingsanordninger. De fleste af dem har den ulempe, at de mister varmeisoleringsevne på grund af intern fugtighed efter langvarig brug. Derfor er der mange anvendelser af nye højtermiske isoleringsmaterialer, blandt hvilke de nye varmeisoleringstæpper, varmelagrings- og varmeopsamlingsanordninger er forskningsfokus.

Nye varmeisoleringsmaterialer fremstilles normalt ved at forarbejde og blande overfladevandtætte og ældningsbestandige materialer såsom vævet film og belagt filt med luftige varmeisoleringsmaterialer såsom spraybelagt bomuld, diverse cashmere og perlebomuld. En vævet filmbelagt varmeisoleringsdyne af bomuld blev testet i det nordøstlige Kina. Det blev konstateret, at tilsætning af 500 g spraybelagt bomuld svarede til varmeisoleringsevnen af ​​4500 g sort filtvarmeisoleringsdyne på markedet. Under de samme forhold blev varmeisoleringsevnen af ​​700 g spraybelagt bomuld forbedret med 1~2 ℃ sammenlignet med 500 g spraybelagt varmeisoleringsdyne af bomuld. Samtidig viste andre undersøgelser også, at varmeisoleringseffekten af ​​spraybelagt bomuld og diverse cashmerevarmeisoleringsdyner er bedre sammenlignet med de almindeligt anvendte varmeisoleringsdyner på markedet, med varmeisoleringsgrader på henholdsvis 84,0 % og 83,3 %. Når den koldeste udendørstemperatur er -24,4 ℃, kan indetemperaturen nå henholdsvis 5,4 og 4,2 ℃. Sammenlignet med isoleringsdugen med et enkelt strå har den nye kompositisoleringsduge fordelene ved let vægt, høj isoleringsevne, stærk vandtæthed og ældningsbestandighed og kan bruges som en ny type højeffektivt isoleringsmateriale til solcelledrivhuse.

Samtidig viser forskning i termiske isoleringsmaterialer til varmeopsamlings- og lagringsanordninger i drivhuse også, at flerlags kompositter af termisk isolering har bedre termisk isoleringsevne end enkeltstående materialer, når tykkelsen er den samme. Professor Li Jianmings team fra Northwest A&F University designede og screenede 22 slags termiske isoleringsmaterialer til vandlagringsanordninger i drivhuse, såsom vakuumplader, aerogel og gummi-bomuld, og målte deres termiske egenskaber. Resultaterne viste, at 80 mm termisk isoleringsbelægning + aerogel + gummi-plast termisk isoleringsbomulds kompositisoleringsmateriale kunne reducere varmeafledningen med 0,367 MJ pr. tidsenhed sammenlignet med 80 mm gummi-plast bomuld, og dens varmeoverførselskoefficient var 0,283 W/(m2·k), når tykkelsen af ​​isoleringskombinationen var 100 mm.

Faseændringsmateriale er et af de mest efterspurgte områder inden for forskning i drivhusmaterialer. Northwest A&F University har udviklet to slags opbevaringsanordninger til faseændringsmaterialer: den ene er en opbevaringsboks lavet af sort polyethylen, som har en størrelse på 50 cm × 30 cm × 14 cm (længde × højde × tykkelse) og er fyldt med faseændringsmaterialer, så den kan lagre varme og frigive varme. For det andet er der udviklet en ny type faseændringsvægplade. Faseændringsvægpladen består af faseændringsmateriale, aluminiumsplade, aluminium-plastplade og aluminiumlegering. Faseændringsmaterialet er placeret i den mest centrale position af vægpladen, og dens specifikation er 200 mm × 200 mm × 50 mm. Det er et pulveragtigt fast stof før og efter faseændring, og der er ingen smeltning eller flydning. De fire vægge i faseændringsmaterialet er henholdsvis aluminiumsplade og aluminium-plastplade. Denne enhed kan udføre funktionerne med primært at lagre varme om dagen og primært frigive varme om natten.

Derfor er der nogle problemer ved anvendelsen af ​​et enkelt varmeisoleringsmateriale, såsom lav varmeisoleringseffektivitet, stort varmetab, kort varmelagringstid osv. Derfor kan brugen af ​​et komposit varmeisoleringsmateriale som varmeisoleringslag og et dækkende lag af varmeisolering både indendørs og udendørs i en varmelagringsenhed effektivt forbedre drivhusets varmeisoleringsevne, reducere drivhusets varmetab og dermed opnå en energibesparende effekt.

Forskning og anvendelse af ny væg

Som en slags indkapslingsstruktur er væggen en vigtig barriere for drivhusets kuldebeskyttelse og varmebevarelse. Afhængigt af vægmaterialerne og -strukturerne kan udviklingen af ​​drivhusets nordvæg opdeles i tre typer: en enkeltlagsvæg lavet af jord, mursten osv. og lagdelt nordvæg lavet af lersten, bloksten, polystyrenplader osv. med indvendig varmelagring og udvendig varmeisolering. De fleste af disse vægge er tidskrævende og arbejdskrævende. Derfor er der i de senere år dukket mange nye typer vægge op, som er nemme at bygge og egnede til hurtig montering.

Fremkomsten af ​​nye typer samlede vægge fremmer den hurtige udvikling af samlede drivhuse, herunder nye typer kompositvægge med udvendige vandtætte og anti-aging overfladematerialer og materialer som filt, perlebomuld, rumbomuld, glasbomuld eller genbrugsbomuld som varmeisoleringslag, såsom fleksible samlede vægge af sprøjtebundet bomuld i Xinjiang. Derudover har andre undersøgelser også rapporteret den nordlige væg af samlede drivhuse med varmelagringslag, såsom murstensfyldte hvedeskalmørtelblok i Xinjiang. Under det samme eksterne miljø, når den laveste udendørstemperatur er -20,8 ℃, er temperaturen i soldrivhuset med hvedeskalmørtelblok-kompositvæg 7,5 ℃, mens temperaturen i soldrivhuset med murstensbetonvæg er 3,2 ℃. Høstetiden for tomater i murstensdrivhus kan fremskyndes med 16 dage, og udbyttet af et enkelt drivhus kan øges med 18,4%.

Facilitetsteamet på Northwest A&F University fremlagde designideen om at fremstille halm, jord, vand, sten og faseændringsmaterialer til termiske isolerings- og varmelagringsmoduler ud fra lysvinklen og forenklet vægdesign, hvilket fremmede anvendelsesforskningen af ​​modulært samlede vægge. For eksempel er den gennemsnitlige temperatur i drivhuset 4,0 ℃ højere på en typisk solskinsdag sammenlignet med et almindeligt murstensvægsdrivhus. Tre typer uorganiske faseændringscementmoduler, som er lavet af faseændringsmateriale (PCM) og cement, har akkumuleret varme på 74,5, 88,0 og 95,1 MJ/m².³og frigav varme på 59,8, 67,8 og 84,2 MJ/m²³De har funktionerne "topskæring" om dagen, "dalfyldning" om natten, absorberende varme om sommeren og afgivelse af varme om vinteren.

Disse nye vægge samles på stedet med en kort byggeperiode og lang levetid, hvilket skaber betingelser for konstruktionen af ​​lette, forenklede og hurtigt samlede præfabrikerede drivhuse og kan i høj grad fremme den strukturelle reform af drivhuse. Der er dog nogle mangler ved denne type væg, såsom at den sprøjtebundne bomuldsvarmeisoleringsvæg har fremragende varmeisoleringsevne, men mangler varmelagringskapacitet, og faseændringsbyggematerialet har problemet med høje brugsomkostninger. I fremtiden bør anvendelsesforskningen af ​​samlede vægge styrkes.

Ny energi, nye materialer og nye designs hjælper med at ændre drivhusstrukturen.

Forskning og innovation inden for ny energi og nye materialer danner grundlag for designinnovation inden for drivhuse. Energibesparende soldrevne drivhuse og buede skure er de største skurstrukturer i Kinas landbrugsproduktion, og de spiller en vigtig rolle i landbrugsproduktionen. Men med udviklingen af ​​Kinas sociale økonomi viser manglerne ved de to typer facilitetstrukturer sig i stigende grad. For det første er pladsen i facilitetstrukturerne lille, og graden af ​​mekanisering er lav. For det andet har det energibesparende soldrevne drivhus god varmeisolering, men arealanvendelsen er lav, hvilket svarer til at erstatte drivhusenergien med jord. Almindelige buede skure har ikke kun lille plads, men har også dårlig varmeisolering. Selvom drivhuset med flere spænd har stor plads, har det dårlig varmeisolering og et højt energiforbrug. Derfor er det bydende nødvendigt at forske i og udvikle drivhusstrukturer, der er egnede til Kinas nuværende sociale og økonomiske niveau, og forskning og udvikling af ny energi og nye materialer vil hjælpe med at ændre drivhusstrukturen og producere en række innovative drivhusmodeller eller -strukturer.

Innovativ forskning i storspænds asymmetrisk vandstyret bryghus

Det storspændte asymmetriske vandstyrede bryghus (patentnummer: ZL 201220391214.2) er baseret på princippet om sollysdrivhus, der ændrer den symmetriske struktur af almindelige plastikdrivhuse, øger det sydlige spænd, øger belysningsområdet på det sydlige tag, reducerer det nordlige spænd og reducerer varmeafledningsområdet med et spænd på 18~24 m og en ryghøjde på 6~7 m. Gennem designinnovation er den rumlige struktur blevet betydeligt forøget. Samtidig er problemerne med utilstrækkelig varme i drivhuset om vinteren og dårlig varmeisolering af almindelige varmeisoleringsmaterialer løst ved at bruge ny teknologi til biomassebryggingsvarme og varmeisoleringsmaterialer. Produktions- og forskningsresultaterne viser, at det store asymmetriske, vandstyrede bryghus med en gennemsnitstemperatur på 11,7 ℃ på solrige dage og 10,8 ℃ på overskyede dage kan imødekomme behovet for afgrødevækst om vinteren. Byggeomkostningerne for drivhuset reduceres med 39,6 %, og arealudnyttelsesgraden øges med mere end 30 % sammenlignet med drivhuset af polystyrenmursten, hvilket er egnet til yderligere popularisering og anvendelse i det gule Huaihe-flodbassin i Kina.

Samlet sollysdrivhus

Samlede sollysdrivhuse bruger søjler og tagskelet som bærende struktur, og vægmaterialet er primært varmeisolering i stedet for leje og passiv varmelagring og -afgivelse. Hovedsageligt: ​​(1) en ny type samlet væg dannes ved at kombinere forskellige materialer såsom belagt film eller farvet stålplade, stråblok, fleksibel varmeisoleringsquilt, mørtelblok osv. (2) kompositvægplade lavet af præfabrikeret cementplade-polystyrenplade-cementplade; (3) Let og enkel montering af varmeisoleringsmaterialer med aktivt varmelagrings- og afgivelsessystem og affugtningssystem, såsom plastik firkantet spandvarmelagring og rørledningsvarmelagring. Brugen af ​​forskellige nye varmeisoleringsmaterialer og varmelagringsmaterialer i stedet for traditionelle jordvolde til at bygge et soldrevet drivhus har stor plads og små anlægsprojekter. De eksperimentelle resultater viser, at temperaturen i drivhuset om natten om vinteren er 4,5 ℃ højere end i traditionelle murstensdrivhuse, og tykkelsen af ​​bagvæggen er 166 mm. Sammenlignet med det 600 mm tykke murstensvægsdrivhus er det optagede areal af væggen reduceret med 72 %, og omkostningerne pr. kvadratmeter er 334,5 yuan, hvilket er 157,2 yuan lavere end for murstensvægsdrivhuset, og byggeomkostningerne er faldet betydeligt. Derfor har det samlede drivhus fordelene ved mindre ødelæggelse af dyrket jord, jordbesparelse, hurtig byggehastighed og lang levetid, og det er en nøgleretning for innovation og udvikling af solcelledrivhuse nu og i fremtiden.

Glidende sollysdrivhus

Det skateboard-samlede energibesparende solcelledrivhus, der er udviklet af Shenyang Agricultural University, bruger bagvæggen af ​​solcelledrivhuset til at danne et vandcirkulerende vægvarmelagringssystem til at lagre varme og hæve temperaturen, som hovedsageligt består af en pool (32m³), en lysopsamlingsplade (360 m²), en vandpumpe, et vandrør og en controller. Den fleksible varmeisolering er erstattet af et nyt letvægtsplademateriale i stenuldsfarvet stål øverst. Forskningen viser, at dette design effektivt løser problemet med gavle, der blokerer for lys, og øger drivhusets lysindfaldsområde. Drivhusets belysningsvinkel er 41,5°, hvilket er næsten 16° højere end kontroldrivhusets, hvilket forbedrer belysningshastigheden. Temperaturfordelingen indenfor er ensartet, og planterne vokser pænt. Drivhuset har fordelene ved at forbedre arealanvendelsens effektivitet, fleksibelt design af drivhusets størrelse og forkorte byggeperioden, hvilket er af stor betydning for at beskytte dyrkede arealressourcer og miljøet.

Fotovoltaisk drivhus

Landbrugsdrivhus er et drivhus, der integrerer solcelleanlæg, intelligent temperaturstyring og moderne højteknologisk beplantning. Det anvender en stålbenramme og er dækket af solcellemoduler for at sikre belysningskravene for solcelleanlæg og hele drivhusets belysningskrav. Jævnstrømmen genereret af solenergi supplerer direkte lyset i landbrugsdrivhuse, understøtter direkte den normale drift af drivhusudstyr, driver vanding af vandressourcer, øger drivhustemperaturen og fremmer den hurtige vækst af afgrøder. Fotovoltaiske moduler vil på denne måde påvirke belysningseffektiviteten af ​​drivhustaget og derefter påvirke den normale vækst af drivhusgrøntsager. Derfor bliver den rationelle placering af fotovoltaiske paneler på drivhusets tag det centrale anvendelsespunkt. Landbrugsdrivhus er et produkt af den organiske kombination af sightseeing-landbrug og facilitetshaveri, og det er en innovativ landbrugsindustri, der integrerer solcelleanlæg, landbrug, afgrøder, landbrugsteknologi, landskabs- og kulturudvikling.

Innovativt design af drivhusgruppe med energiinteraktion mellem forskellige typer drivhuse

Guo Wenzhong, forsker ved Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, bruger opvarmningsmetoden til energioverførsel mellem drivhuse til at opsamle den resterende varmeenergi i et eller flere drivhuse for at opvarme et eller flere drivhuse. Denne opvarmningsmetode realiserer overførslen af ​​drivhusenergi i tid og rum, forbedrer energiudnyttelseseffektiviteten af ​​den resterende drivhusvarmeenergi og reducerer det samlede opvarmningsenergiforbrug. De to typer drivhuse kan være forskellige drivhustyper eller den samme drivhustype til plantning af forskellige afgrøder, såsom salat- og tomatdrivhuse. Varmeindsamlingsmetoder omfatter primært udvinding af indeluftvarme og direkte opfangning af indfaldende stråling. Gennem solenergiindsamling, tvungen konvektion via varmeveksler og tvungen udvinding via varmepumpe blev overskudsvarme i højenergidrivhuse udvundet til opvarmning af drivhuse.

sammenfatte

Disse nye solcelledrivhuse har fordelene ved hurtig montering, forkortet byggeperiode og forbedret arealudnyttelsesgrad. Derfor er det nødvendigt at undersøge disse nye drivhuses ydeevne yderligere i forskellige områder og give mulighed for storstilet popularisering og anvendelse af nye drivhuse. Samtidig er det nødvendigt løbende at styrke anvendelsen af ​​ny energi og nye materialer i drivhuse for at give strøm til strukturreformen af ​​drivhuse.

Fremtidsudsigter og tænkning

Traditionelle drivhuse har ofte nogle ulemper, såsom højt energiforbrug, lav arealudnyttelsesgrad, tidskrævende og arbejdskrævende, dårlig ydeevne osv., som ikke længere kan opfylde produktionsbehovene i moderne landbrug og uundgåeligt gradvist vil blive elimineret. Derfor er det en udviklingstendens at bruge nye energikilder såsom solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og vindenergi, nye drivhusmaterialer og nye designs for at fremme strukturændringer i drivhuse. Først og fremmest bør nye drivhuse, der drives af ny energi og nye materialer, ikke kun opfylde behovene for mekaniseret drift, men også spare energi, jord og omkostninger. For det andet er det nødvendigt konstant at undersøge ydeevnen af ​​nye drivhuse i forskellige områder for at skabe betingelser for storstilet popularisering af drivhuse. I fremtiden bør vi yderligere søge efter ny energi og nye materialer, der er egnede til drivhusanvendelse, og finde den bedste kombination af ny energi, nye materialer og drivhuse for at gøre det muligt at bygge et nyt drivhus med lave omkostninger, kort byggeperiode, lavt energiforbrug og fremragende ydeevne, hjælpe med at ændre drivhusstrukturen og fremme moderniseringsudviklingen af ​​drivhuse i Kina.

Selvom anvendelsen af ​​ny energi, nye materialer og nye designs i drivhusbyggeri er en uundgåelig tendens, er der stadig mange problemer, der skal undersøges og overvindes: (1) Byggeomkostningerne stiger. Sammenlignet med traditionel opvarmning med kul, naturgas eller olie er anvendelsen af ​​ny energi og nye materialer miljøvenlig og forureningsfri, men byggeomkostningerne øges betydeligt, hvilket har en vis indflydelse på investeringsindtjeningen i produktion og drift. Sammenlignet med energiudnyttelsen vil omkostningerne til nye materialer øges betydeligt. (2) Ustabil udnyttelse af varmeenergi. Den største fordel ved ny energiudnyttelse er lave driftsomkostninger og lav kuldioxidudledning, men energi- og varmeforsyningen er ustabil, og overskyede dage bliver den største begrænsende faktor i solenergiudnyttelsen. I processen med biomassevarmeproduktion ved fermentering er den effektive udnyttelse af denne energi begrænset af problemer med lav fermenteringsvarmeenergi, vanskelig styring og kontrol samt stor lagerplads til transport af råmaterialer. (3) Teknologisk modenhed. Disse teknologier, der anvendes af ny energi og nye materialer, er avancerede forsknings- og teknologiske resultater, og deres anvendelsesområde og omfang er stadig ret begrænset. De har ikke bestået mange gange, mange steder og storstilet praksisverifikation, og der er uundgåeligt nogle mangler og teknisk indhold, der skal forbedres i anvendelsen. Brugere benægter ofte teknologiens fremskridt på grund af mindre mangler. (4) Teknologipenetrationsraten er lav. Den brede anvendelse af en videnskabelig og teknologisk præstation kræver en vis popularitet. I øjeblikket er ny energi, ny teknologi og ny drivhusdesignteknologi alle i teamet af videnskabelige forskningscentre på universiteter med en vis innovationsevne, og de fleste tekniske efterspørgere eller designere kender det stadig ikke. Samtidig er populariseringen og anvendelsen af ​​nye teknologier stadig ret begrænset, fordi kerneudstyret i nye teknologier er patenteret. (5) Integrationen af ​​ny energi, nye materialer og design af drivhusstrukturer skal styrkes yderligere. Fordi energi, materialer og design af drivhusstrukturer tilhører tre forskellige discipliner, mangler talenter med erfaring inden for drivhusdesign ofte forskning i drivhusrelateret energi og materialer, og omvendt; Derfor er forskere inden for energi- og materialeforskning nødt til at styrke undersøgelsen og forståelsen af ​​de faktiske behov for udvikling af drivhusindustrien, og strukturdesignere bør også studere nye materialer og ny energi for at fremme en dyb integration af de tre relationer for at nå målet om praktisk drivhusforskningsteknologi, lave byggeomkostninger og god udnyttelseseffekt. Baseret på ovenstående problemer foreslås det, at staten, lokale myndigheder og videnskabelige forskningscentre intensiverer den tekniske forskning, udfører fælles forskning i dybden, styrker offentligheden af ​​videnskabelige og teknologiske resultater, forbedrer populariseringen af ​​resultater og hurtigt realiserer målet om ny energi og nye materialer for at hjælpe den nye udvikling af drivhusindustrien.

Citerede oplysninger

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Ny energi, nye materialer og nyt design bidrager til den nye revolution inden for drivhusgasser [J]. Grøntsager, 2022,(10):1-8.