Li Jianming, Sun Guotao osv.Drivhusgartneri landbrugsteknisk teknologi2022-11-21 17:42 Udgivet i Beijing

I de senere år er drivhusindustrien blevet kraftigt udviklet.Udviklingen af ​​drivhuse forbedrer ikke kun jordudnyttelsesgraden og produktionshastigheden for landbrugsprodukter, men løser også forsyningsproblemet med frugt og grøntsager uden for sæsonen.Drivhuset har dog også mødt hidtil usete udfordringer.De oprindelige anlæg, opvarmningsmetoder og konstruktionsformer har skabt modstand mod miljø og udvikling.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 nå formålene med energibesparelse og miljøbeskyttelse og øge produktionen og indkomsten.

Denne artikel diskuterer temaet "ny energi, nye materialer, nyt design til at hjælpe drivhusenes nye revolution", herunder forskning og innovation af solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og andre nye energikilder i drivhus, forskning og anvendelse af nye materialer til beklædning, varmeisolering, vægge og andet udstyr, og fremtidsudsigter og tænkning af ny energi, nye materialer og nyt design til at hjælpe drivhusreformen, så der kan være reference til industrien.

Udvikling af anlægslandbrug er det politiske krav og uundgåelige 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 outputværdien vil overstige 1 billion yuan.Det er en vigtig måde at forbedre drivhusproduktionskapaciteten på at forbedre drivhusbelysning og varmeisoleringsydelse 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 alvorligt forurener miljøet, mens naturgas, elektrisk energi og andre energikilder øger drivhusenes driftsomkostninger.Traditionelle varmelagringsmaterialer til drivhusvægge er for det meste ler og mursten, som forbruger meget og forårsager alvorlig skade på jordens ressourcer.Jordbrugseffektiviteten af ​​traditionelt soldrivhus med jordvæg er kun 40% ~ 50%, og det almindelige drivhus har dårlig varmelagringskapacitet, så det kan ikke leve gennem vinteren for at producere varme grøntsager i det nordlige Kina.Derfor ligger kernen i at fremme drivhusændringer, eller grundforskning, i drivhusdesign, forskning og udvikling af nye materialer og ny energi.Denne artikel vil fokusere på forskning og innovation af nye energikilder i drivhuse, opsummere forskningsstatus for nye energikilder såsom solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi, vindenergi og nye transparente dækmaterialer, termiske isoleringsmaterialer og vægmaterialer i drivhus, analysere anvendelsen af ​​ny energi og nye materialer i byggeriet af nyt drivhus, og ser frem til deres rolle i den fremtidige udvikling og transformation af drivhus.

Forskning og innovation af nyt energidrivhus

Den grønne nye energi med det største landbrugsudnyttelsespotentiale omfatter solenergi, geotermisk energi og biomasseenergi eller omfattende udnyttelse af en række nye energikilder, så man opnår en effektiv udnyttelse af energien ved at lære af hinandens stærke sider.

solenergi/strøm

Solenergiteknologi er en kulstoffattig, effektiv og bæredygtig energiforsyningsform, og den er en vigtig komponent i Kinas strategiske nye industrier.Det vil blive et uundgåeligt valg til transformation og opgradering af Kinas energistruktur i fremtiden.Ud fra et energiudnyttelsessynspunkt er selve drivhuset en anlægsstruktur til solenergiudnyttelse.Gennem drivhuseffekten samles solenergien indendørs, temperaturen i drivhuset hæves, og den nødvendige varme til afgrødevækst tilvejebringes.Den vigtigste energikilde til fotosyntese af drivhusplanter er direkte sollys, som er den direkte udnyttelse af solenergi.

01 Fotovoltaisk elproduktion til at generere varme

Fotovoltaisk elproduktion er en teknologi, der direkte omdanner lysenergi til elektrisk energi baseret på fotovoltaisk effekt.Nøgleelementet i denne teknologi er solceller.Når solenergi skinner på rækken af ​​solpaneler i serie eller parallelt, omdanner halvlederkomponenter direkte solstrålingsenergi til elektrisk energi.Fotovoltaisk teknologi kan direkte omdanne lysenergi til elektrisk energi, lagre elektricitet gennem batterier og opvarme drivhuset om natten, men dets høje omkostninger begrænser dets videre udvikling.Forskergruppen udviklede en fotovoltaisk grafenvarmeanordning, som består af fleksible fotovoltaiske paneler, en alt-i-en omvendt kontrolmaskine, et lagerbatteri og en grafenvarmestang.I henhold til plantningslinjens længde er grafenvarmestangen begravet under substratposen.Om dagen absorberer solcellepanelerne solstråling for at generere elektricitet og lagre det i akkumulatorbatteriet, og så frigives strømmen om natten til grafenvarmestaven.I den faktiske måling anvendes temperaturkontroltilstanden med start ved 17 ℃ og lukning ved 19 ℃.Kører om natten (20:00-08:00 den anden dag) i 8 timer, er energiforbruget ved opvarmning af en enkelt række planter 1,24 kW·h, og den gennemsnitlige temperatur på substratposen om natten er 19,2 ℃, hvilket er 3,5 ~ 5,3 ℃ højere end kontrollen.Denne opvarmningsmetode kombineret med fotovoltaisk elproduktion løser problemerne med højt energiforbrug og høj forurening i drivhusopvarmning om vinteren.

02 fototermisk konvertering og udnyttelse

Fototermisk solkonvertering refererer til brugen af ​​en speciel sollysopsamlingsoverflade lavet af fototermiske konverteringsmaterialer til at opsamle og absorbere så meget solenergi, der udstråles på den som muligt, og omdanne den til varmeenergi.Sammenlignet med solcelleanlæg øger fototermiske applikationer absorptionen af ​​nær-infrarødt bånd, så det har højere energiudnyttelseseffektivitet af sollys, lavere omkostninger og moden teknologi og er den mest udbredte måde at udnytte solenergi på.

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

Solenergiudnyttelsen i drivhus udføres hovedsageligt gennem forskellige typer solfangere.Ibn Zor Universitetet i Marokko har udviklet et aktivt solenergivarmesystem (ASHS) til drivhusopvarmning, som kan øge den samlede tomatproduktion med 55 % om vinteren.China Agricultural University har designet og udviklet et sæt overfladekøler-ventilator-opsamlings- og afledningssystem med en varmeopsamlingskapacitet på 390,6 ~ 693,0 MJ og fremsat ideen om at adskille varmeopsamlingsprocessen fra varmelagringsprocessen med varmepumpe.Universitetet i Bari i Italien har udviklet et drivhus polygeneration varmesystem, som består af et solenergisystem og en luft-vand varmepumpe, og kan øge lufttemperaturen med 3,6% og jordtemperaturen med 92%.Forskergruppen har udviklet en slags aktivt solvarmeopsamlingsudstyr med variabel hældningsvinkel til soldrivhus og en understøttende varmelagringsenhed til drivhusvandsmasse på tværs af vejret.Aktiv solvarmeopsamlingsteknologi med variabel hældning bryder gennem begrænsningerne for traditionelt drivhusvarmeopsamlingsudstyr, såsom begrænset varmeopsamlingskapacitet, skygge og belægning af dyrket jord.Ved at bruge soldrivhusets specielle drivhusstruktur udnyttes drivhusets ikke-plantningsrum fuldt ud, hvilket i høj grad forbedrer udnyttelseseffektiviteten af ​​drivhusrummet.Under typiske solrige arbejdsforhold når det aktive solvarmeopsamlingssystem med variabel hældning 1,9 MJ/(m2h), energiudnyttelseseffektiviteten når 85,1% og energibesparelsesgraden er 77%.I drivhusvarmelagringsteknologien er den flerfasede ændring af varmelagringsstrukturen indstillet, varmelagringskapaciteten for varmelagringsenheden øges, og den langsomme frigivelse af varme fra enheden realiseres for at realisere den effektive brug af varmen opsamlet af drivhusets solvarmeopsamlingsudstyr.

biomasse energi

En ny anlægsstruktur bygges ved at kombinere den biomassevarmeproducerende enhed med drivhuset, og biomasseråvarerne som svinegylle, svampe-rester og halm komposteres for at brygge varme, og den genererede varmeenergi tilføres direkte til drivhuset [ 5].Sammenlignet med drivhuset uden biomassefermenteringsvarmetank, kan opvarmningsdrivhuset effektivt øge jordtemperaturen i drivhuset og opretholde den korrekte temperatur på rødderne af afgrøder dyrket i jorden i det normale klima om vinteren.Tag et enkeltlags asymmetrisk varmeisoleringsdrivhus med en spændvidde på 17m og en længde på 30m som eksempel, tilsætning af 8m landbrugsaffald (tomathalm og svinegylle blandet) i den indendørs gæringstank til naturlig gæring 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 biomassestyret fermentering er en fermenteringsmetode, der anvender instrumenter og udstyr til at styre gæringsprocessen for hurtigt at opnå og effektivt udnytte biomassevarmeenergi og CO2-gasgødning, hvoriblandt ventilation og fugt er nøglefaktorerne til regulering af fermenteringsvarmen. og gasproduktion 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 temperaturen miljøets stigning.Vand deltager i hele gæringsprocessen, giver nødvendige opløselige næringsstoffer til mikrobielle aktiviteter, og frigiver samtidig varmen fra bunken i form af damp gennem vand, for at reducere bunkens temperatur, forlænge levetiden af ​​bunken. mikroorganismer og øge bulktemperaturen i dyngen.Installation af halmudvaskningsanordning i gæringstanken kan øge indendørstemperaturen med 3 ~ 5 ℃ om vinteren, styrke planternes fotosyntese og øge tomatudbyttet med 29,6%.

Geotermisk energi

Kina er rig på geotermiske ressourcer.På nuværende tidspunkt er den mest almindelige måde for landbrugsanlæg til at udnytte geotermisk energi at bruge jordvarmepumpe, som kan overføre fra lavkvalitets varmeenergi til højkvalitets varmeenergi ved at tilføre en lille mængde højkvalitetsenergi (f.eks. elektrisk energi).Til forskel fra de traditionelle drivhusopvarmningsforanstaltninger kan jordvarmepumpeopvarmning ikke kun opnå en betydelig varmeeffekt, men også have evnen til at afkøle drivhuset og reducere fugtigheden i drivhuset.Anvendelsesforskningen af ​​jordvarmepumpe inden for boligbyggeri er moden.Den kernedel, der påvirker jordvarmepumpens varme- og kølekapacitet, er det underjordiske varmevekslermodul, som hovedsageligt omfatter nedgravede rør, underjordiske brønde osv. Hvordan man designer et underjordisk varmevekslersystem med en afbalanceret pris og effekt har altid været forskningsfokus for denne del.Samtidig påvirker ændringen af ​​temperaturen af ​​det underjordiske jordlag i anvendelsen af ​​jordvarmepumpen også brugseffekten af ​​varmepumpesystemet.Brug af jordvarmepumpen til at afkøle drivhuset om sommeren og lagre varmeenergien i det dybe jordlag kan afhjælpe temperaturfaldet i det underjordiske jordlag og forbedre varmeproduktionseffektiviteten af ​​jordvarmepumpen om vinteren.

På nuværende tidspunkt, i forskningen af ​​jordvarmepumpens ydeevne og effektivitet, gennem de faktiske eksperimentelle data, etableres en numerisk model med software såsom TOUGH2 og TRNSYS, og det konkluderes, at varmeydelsen og ydeevnekoefficienten (COP ) af jordvarmepumpen kan nå 3,0 ~ 4,5, hvilket har en god køle- og opvarmningseffekt.I undersøgelsen af ​​driftsstrategien for varmepumpesystemet fandt Fu Yunzhun og andre, at sammenlignet med belastningssidestrømmen har jordkildens sidestrøm en større indflydelse på enhedens ydeevne og varmeoverførselsydelsen af ​​det nedgravede rør .Under betingelserne for flowindstilling kan enhedens maksimale COP-værdi nå 4,17 ved at vedtage driftsskemaet med drift i 2 timer og standsning i 2 timer;Shi Huixian et.vedtog en intermitterende driftstilstand for vandlagringskølesystem.Om sommeren, når temperaturen er høj, kan COP for hele energiforsyningssystemet nå 3,80.

Dyb jordvarmelagringsteknologi i drivhus

Dyb jordvarmelagring i drivhus kaldes også "varmelagerbank" i drivhus.Kuldeskader om vinteren og høj temperatur om sommeren er de største hindringer for drivhusproduktion.Baseret på den stærke varmelagringskapacitet i dyb jord har forskergruppen designet et underjordisk drivhus til dyb varmelagring.Enheden er en dobbeltlags parallel varmeoverførselsrørledning, der er begravet i en dybde på 1,5-2,5 m under jorden i drivhuset, med et luftindtag i toppen af ​​drivhuset og et luftudtag på jorden.Når temperaturen i drivhuset er høj, tvangspumpes indeluften ned i jorden af ​​en ventilator for at realisere 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 vinternat, reducere indendørstemperaturen med 2,6 ℃ om sommerdagen og øge tomatudbyttet med 1500 kg på 667 m.².Enheden gør fuld brug af egenskaberne "varm om vinteren og kølig om sommeren" og "konstant temperatur" af dyb underjordisk jord, giver en "energiadgangsbank" til drivhuset og fuldender kontinuerligt hjælpefunktionerne til drivhuskøling og -opvarmning .

Multi-energi koordinering

Brug af to eller flere energityper til opvarmning af drivhuset kan effektivt kompensere for ulemperne ved en enkelt energitype og give spil til superpositionseffekten af ​​"en plus en er større end to".Det komplementære samarbejde mellem geotermisk energi og solenergi er et forskningsmæssigt hotspot for ny energiudnyttelse i landbrugsproduktionen i de senere år.Emmi et.studeret et multi-source energisystem (Figur 1), som er udstyret med en solcelle-termisk hybrid solfanger.Sammenlignet med det almindelige luft-vand varmepumpesystem er energieffektiviteten af ​​multi-source energisystemet forbedret med 16% ~ 25%.Zheng et.udviklet en ny type koblet varmelagringssystem af solenergi og jordvarmepumpe.Solfangersystemet kan realisere højkvalitets sæsonopbevaring af varme, det vil sige højkvalitetsvarme om vinteren og højkvalitetskøling om sommeren.Den nedgravede rørvarmeveksler og intermitterende varmelagertank kan alle køre godt i systemet, og systemets COP-værdi kan nå 6,96.

Kombineret med solenergi har det til formål at reducere forbruget af kommerciel strøm og forbedre stabiliteten af ​​solenergiforsyningen i drivhuset.Wan Ya et.fremsætte et nyt intelligent styringsteknologiskema for at kombinere solenergiproduktion med kommerciel strøm til drivhusopvarmning, som kan gøre brug af solcellestrøm, når der er lys, og omdanne den til kommerciel strøm, når der ikke er lys, hvilket i høj grad reducerer belastningsstrømmangel sats, og reducere de økonomiske omkostninger uden brug af batterier.

Solenergi, biomasseenergi og elektrisk energi kan i fællesskab opvarme drivhuse, hvilket også kan opnå høj varmeeffektivitet.Zhang Liangrui og andre kombinerede solar vakuumrør varmeopsamling med dalen elektricitet varme lagervand tank.Drivhusvarmeanlægget har god termisk komfort, og anlæggets gennemsnitlige varmeeffektivitet er 68,70 %.Den elektriske varmelagervandsbeholder er en biomassevarmevandslagringsenhed med elvarme.Den laveste temperatur på vandindløbet ved varmeenden indstilles, og systemets driftsstrategi bestemmes i henhold til vandlagringstemperaturen for solvarmeopsamlingsdelen og biomassevarmelagerdelen for at opnå en stabil opvarmningstemperatur ved opvarmning afslutte og spare elektrisk energi og biomasse energimaterialer maksimalt.

Innovativ forskning og anvendelse af nye drivhusmaterialer

Med udvidelsen af ​​drivhusarealet afsløres anvendelsesulemperne ved traditionelle drivhusmaterialer som mursten og jord i stigende grad.For yderligere at forbedre drivhusets termiske ydeevne og imødekomme udviklingsbehovene for moderne drivhuse er der derfor mange undersøgelser og anvendelser af nye gennemsigtige dækmaterialer, termiske isoleringsmaterialer og vægmaterialer.

Forskning og anvendelse af nye transparente dækmaterialer

Typerne af gennemsigtige dækmaterialer til drivhus omfatter hovedsageligt plastfolie, glas, solpanel og solcellepanel, hvoraf plastfilm har det største anvendelsesområde.Den traditionelle drivhus PE-film har defekterne kort levetid, ikke-nedbrydning og enkelt funktion.På nuværende tidspunkt er en række nye funktionelle film blevet udviklet ved at tilføje funktionelle reagenser eller belægninger.

Lyskonverteringsfilm:Lyskonverteringsfilmen ændrer filmens optiske egenskaber ved at bruge lysomdannelsesmidler såsom sjældne jordarter og nanomaterialer og kan omdanne området med ultraviolet lys til rødt orange lys og blåt violet lys, der kræves af plantefotosyntese, og dermed øge afgrødeudbyttet og reducere skaden af ​​ultraviolet lys på afgrøder og drivhusfilm i plastikdrivhuse.For eksempel kan den bredbåndede lilla-til-røde drivhusfilm med VTR-660 lyskonverteringsmiddel forbedre den infrarøde transmittans betydeligt, når den påføres i drivhus, og sammenlignet med kontroldrivhuset, tomatudbyttet pr. hektar, C-vitamin og lycopenindhold er væsentligt øget med henholdsvis 25,71 %, 11,11 % og 33,04 %.Men på nuværende tidspunkt mangler levetiden, nedbrydeligheden og omkostningerne ved den nye lyskonverteringsfilm stadig at blive undersøgt.

Spredt glas: Spredt glas i drivhus er en speciel mønster- og anti-refleksteknologi på overfladen af ​​glas, som kan maksimere sollys til spredt lys og komme ind i drivhuset, forbedre fotosynteseeffektiviteten af ​​afgrøder og øge afgrødeudbyttet.Spredende glas forvandler lyset, der kommer ind i drivhuset, til spredt lys gennem specielle mønstre, og det spredte lys kan blive mere jævnt bestrålet ind i drivhuset, hvilket eliminerer skelettets skyggepåvirkning på drivhuset.Sammenlignet med almindeligt floatglas og ultrahvidt floatglas er standarden for lystransmittans for spredeglas 91,5 %, og standarden for almindelig floatglas er 88 %.For hver 1 % stigning i lystransmission inde i drivhuset kan udbyttet øges med omkring 3 %, og det opløselige sukker og C-vitamin i frugt og grønt er steget.Spredende glas i drivhuset belægges først og derefter hærdet, og selveksplosionshastigheden er højere end den nationale standard og når 2‰.

Forskning og anvendelse af nye termiske isoleringsmaterialer

De traditionelle termiske isoleringsmaterialer i drivhus omfatter hovedsageligt halmmåtte, papirdyne, varmeisoleringsdyne med nålefilt osv., som hovedsageligt bruges til indvendig og udvendig termisk isolering af tage, vægisolering og termisk isolering af nogle varmelagrings- og varmeopsamlingsenheder .De fleste af dem har den defekt at miste termisk isoleringsevne på grund af intern fugt efter langvarig brug.Derfor er der mange anvendelser af nye højvarmeisoleringsmaterialer, blandt hvilke den nye varmeisoleringsdyne, varmelagrings- og varmeopsamlingsenheder er forskningsfokus.

Nye termiske isoleringsmaterialer fremstilles sædvanligvis ved at forarbejde og sammensætte overfladevandtætte og ældningsbestandige materialer såsom vævet film og belagt filt med bløde varmeisoleringsmaterialer såsom spraybelagt bomuld, diverse kashmir og perlebomuld.En vævet film spray-coatet termisk isoleringsdyne af bomuld blev testet i det nordøstlige Kina.Det viste sig, at tilsætning af 500 g sprøjtebelagt bomuld svarede til den termiske isoleringsevne af 4500 g termisk isoleringsdyne i sort filt på markedet.Under de samme forhold blev den termiske isoleringsevne for 700 g sprøjtebelagt bomuld forbedret med 1 ~ 2 ℃ sammenlignet med 500 g sprøjtebelagt bomulds termisk isoleringsdyne.Samtidig viste andre undersøgelser også, at sammenlignet med de almindeligt anvendte termiske isoleringsdyner på markedet, er den termiske isoleringseffekt af spraybelagte bomulds- og diverse kashmir-varmeisoleringsdyner bedre med varmeisoleringsraterne på 84,0 % og 83,3 %henholdsvis.Når den koldeste udendørstemperatur er -24,4 ℃, kan indendørstemperaturen nå henholdsvis 5,4 og 4,2 ℃.Sammenlignet med isoleringsdyne med enkelt halmtæppe har den nye sammensatte isoleringsdyne fordelene ved let vægt, høj isoleringsgrad, stærk vandtæt og ældningsmodstand og kan bruges som en ny type højeffektivt isoleringsmateriale til soldrivhuse.

På samme tid, ifølge forskningen i termiske isoleringsmaterialer til drivhusvarmeopsamlings- og lagringsenheder, viser det sig også, at når tykkelsen er den samme, har flerlags sammensatte termiske isoleringsmaterialer bedre varmeisoleringsevne end enkeltmaterialer.Professor Li Jianmings team fra Northwest A&F University designede og screenede 22 slags termiske isoleringsmaterialer af drivhusvandsopbevaringsenheder, såsom vakuumplade, aerogel og gummibomuld, og målte deres termiske egenskaber.Resultaterne viste, at 80 mm termisk isoleringsbelægning+aerogel+gummi-plastisk varmeisolerende bomuldskompositisoleringsmateriale kunne reducere varmeafgivelsen med 0,367 MJ pr. tidsenhed sammenlignet med 80 mm gummi-plast bomuld, og dets varmeoverførselskoefficient var 0,283W/(m2) ·k) når tykkelsen af ​​isoleringskombinationen var 100 mm.

Faseændringsmateriale er et af hot spots inden for forskning i drivhusmaterialer.Northwest A&F University har udviklet to slags faseændringsmaterialeopbevaringsenheder: den ene er en opbevaringsboks lavet af sort polyethylen, som har en størrelse på 50cm×30cm×14cm (længde×højde×tykkelse) og er fyldt med faseskiftematerialer, så at den kan lagre varme og frigive varme;For det andet udvikles en ny type faseskiftevægplade.Faseændringsvægpladen består af faseskiftende materiale, aluminiumsplade, aluminium-plastplade og aluminiumslegering.Faseændringsmaterialet er placeret i den mest centrale position af vægpladen, og dets specifikation er 200 mm×200 mm×50 mm.Det er et pulveragtigt fast stof før og efter faseskift, og der er intet fænomen med at smelte eller flyde.De fire vægge af faseskiftematerialet er henholdsvis aluminiumsplade og aluminiumsplastplade.Denne enhed kan realisere funktionerne ved hovedsageligt at lagre varme i løbet af dagen og hovedsageligt frigive varme om natten.

Derfor er der nogle problemer ved anvendelsen af ​​enkelt termisk isoleringsmateriale, såsom lav varmeisoleringseffektivitet, stort varmetab, kort varmelagringstid osv. Brug derfor komposit termisk isoleringsmateriale som termisk isoleringslag og indendørs og udendørs termisk isolering dæklag af varmelagringsenhed kan effektivt forbedre den termiske isoleringsevne i drivhuset, reducere varmetabet i drivhuset og dermed opnå effekten af ​​at spare energi.

Forskning og anvendelse af New Wall

Som en slags indhegningskonstruktion er væggen en vigtig barriere for drivhusets kuldebeskyttelse og varmekonservering.I henhold til vægmaterialerne og strukturerne kan udviklingen af ​​drivhusets nordlige væg opdeles i tre typer: enkeltlagsvæggen lavet af jord, mursten osv., og den lagdelte nordlige væg lavet af lersten, blokmursten, polystyrenplader osv. med indvendig varmelagring og ydre varmeisolering, og de fleste af disse vægge er tids- og arbejdskrævende;Derfor er der i de senere år dukket mange nye typer vægge op, som er nemme at bygge og velegnede til hurtig montage.

Fremkomsten af ​​nye monterede vægge fremmer den hurtige udvikling af monterede drivhuse, herunder kompositvægge af ny type med udvendige vandtætte og anti-aldrende overfladematerialer og materialer som filt, perlebomuld, rumbomuld, glasbomuld eller genbrugsbomuld som varme isoleringslag, såsom fleksible samlede vægge af spraybundet bomuld i Xinjiang.Derudover har andre undersøgelser også rapporteret den nordlige væg af samlet drivhus med varmelagringslag, såsom murstensfyldt hvedeskalmørtelblok i Xinjiang.Under det samme ydre miljø, når den laveste udendørstemperatur er -20,8 ℃, er temperaturen i soldrivhuset med hvedeskalmørtelblokkompositvæg 7,5 ℃, mens temperaturen i soldrivhuset med murstensbetonvæg er 3,2 ℃.Høsttiden for tomat i murstensdrivhus kan fremskyndes med 16 dage, og udbyttet af enkelt drivhus kan øges med 18,4%.

Facilitetsteamet fra Northwest A&F University fremlagde designideen om at lave halm, jord, vand, sten og faseændringsmaterialer til termisk isolering og varmelagringsmoduler fra lysvinklen og forenklet vægdesign, hvilket fremmede anvendelsesforskningen af ​​modulopbyggede komponenter. væg.For eksempel, sammenlignet med almindeligt murstensvægdrivhus, er gennemsnitstemperaturen i drivhuset 4,0 ℃ højere på en typisk solskinsdag.Tre slags uorganiske faseændringscementmoduler, som er lavet af faseændringsmateriale (PCM) og cement, har akkumuleret varme på 74,5, 88,0 og 95,1 MJ/m³og frigivet varme på 59,8, 67,8 og 84,2 MJ/m³, henholdsvis.De har funktionerne at "peak cutting" om dagen, "dalfyldning" om natten, absorbere varme om sommeren og frigive varme om vinteren.

Disse nye vægge samles på stedet, med kort byggeperiode og lang levetid, hvilket skaber forudsætninger for opførelse af lette, forenklede og hurtigt monterede præfabrikerede drivhuse, og i høj grad kan fremme strukturreformen af ​​drivhuse.Der er dog nogle defekter i denne slags væg, såsom den spraybundne bomuldsvarmeisoleringsdynevæg har fremragende varmeisoleringsevne, men mangler varmelagringskapacitet, og faseskiftebyggematerialet har problemet med høje brugsomkostninger.I fremtiden bør anvendelsesforskningen af ​​samlet væg styrkes.

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

Forskning og innovation af ny energi og nye materialer danner grundlaget for designinnovation af drivhus.Energibesparende soldrivhus og bueskur er de største skurstrukturer i Kinas landbrugsproduktion, og de spiller en vigtig rolle i landbrugsproduktionen.Men med udviklingen af ​​Kinas sociale økonomi præsenteres manglerne ved de to slags facilitetsstrukturer i stigende grad.For det første er rummet af facilitetsstrukturer lille, og graden af ​​mekanisering er lav;For det andet har det energibesparende soldrivhus god varmeisolering, men arealanvendelsen er lav, hvilket svarer til at erstatte drivhusenergien med jord.Almindelig bueskur har ikke kun lille plads, men har også dårlig varmeisolering.Selvom multi-span drivhuset har stor plads, har det dårlig varmeisolering og højt energiforbrug.Derfor er det bydende nødvendigt at forske og udvikle drivhusstrukturen, der er egnet til Kinas nuværende sociale og økonomiske niveau, og forskning og udvikling af ny energi og nye materialer vil hjælpe drivhusstrukturen med at ændre sig og producere en række innovative drivhusmodeller eller -strukturer.

Innovativ forskning i asymmetrisk vandstyret bryggedrivhus med stort spændvidde

Det asymmetriske, vandkontrollerede bryggeri med stort spændvidde (patentnummer: ZL 201220391214.2) er baseret på princippet om sollys drivhus, der ændrer den symmetriske struktur af almindeligt plastdrivhus, øger det sydlige spænd, øger belysningsområdet på det sydlige tag, reducerer det nordlige spænd og reducerer varmeafledningsområdet med et spænd på 18~24m og en højderyg på 6~7m.Gennem designinnovation er den rumlige struktur blevet væsentligt øget.Samtidig løses problemerne med utilstrækkelig varme i drivhuset om vinteren og dårlig varmeisolering af almindelige varmeisoleringsmaterialer ved at bruge ny teknologi til biomassebrygning af varme og termiske isoleringsmaterialer.Produktions- og forskningsresultaterne viser, at det asymmetriske, vandkontrollerede bryggedrivhus med stor spændvidde, med en gennemsnitstemperatur på 11,7 ℃ på solrige dage og 10,8 ℃ på overskyede dage, kan imødekomme efterspørgslen efter afgrødevækst om vinteren og byggeomkostningerne vedr. drivhuset er reduceret med 39,6%, og arealanvendelsen er øget med mere end 30% sammenlignet med drivhuset i polystyren murstensvægge, som er velegnet til yderligere popularisering og anvendelse i det gule Huaihe-flodbassin i Kina.

Samlet sollys drivhus

Samlet sollys drivhus tager søjler og tagskelet som bærende struktur, og dets vægmateriale er hovedsageligt varmeisolerende kabinet, i stedet for bærende og passiv varmelagring og frigivelse.Hovedsageligt: ​​(1) en ny type samlet væg dannes ved at kombinere forskellige materialer såsom belagt film eller farvestålplade, stråblok, fleksibel varmeisoleringsdyne, mørtelblok osv. (2) kompositvægplade lavet af præfabrikeret cementplade -polystyrenplade-cementplade;(3) Let og enkel monteringstype af termiske isoleringsmaterialer med aktivt varmelagrings- og frigivelsessystem og affugtningssystem, såsom plastik firkantet spand varmelagring og rørledningsvarmelagring.Brug af forskellige nye varmeisoleringsmaterialer og varmelagringsmaterialer i stedet for traditionel jordvæg til at bygge soldrivhus har stor plads og små anlægsarbejder.De eksperimentelle resultater viser, at temperaturen i drivhuset om natten om vinteren er 4,5 ℃ højere end i det traditionelle drivhus med murstensvægge, og tykkelsen af ​​bagvæggen er 166 mm.Sammenlignet med det 600 mm tykke drivhus med murstensvæg reduceres det besatte areal af muren med 72%, og prisen pr. kvadratmeter er 334,5 yuan, hvilket er 157,2 yuan lavere end for murstensdrivhuset og byggeomkostningerne er faldet markant.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 soldrivhuse i dag og i fremtiden.

Glidende sollys drivhus

Det skateboard-samlede energibesparende soldrivhus udviklet af Shenyang Agricultural University bruger bagvæggen af ​​soldrivhuset til at danne et vandcirkulerende vægvarmelagringssystem til at lagre varme og hæve temperaturen, som hovedsageligt består af en pool (32m).³), en lysopsamlingsplade (360m²), en vandpumpe, et vandrør og en controller.Den fleksible varmeisoleringsdyne er erstattet af et nyt letvægts stenuldsfarvet stålplademateriale øverst.Forskningen viser, at dette design effektivt løser problemet med gavle, der blokerer lyset, og øger lysindgangsområdet i drivhuset.Drivhusets belysningsvinkel er 41,5°, hvilket er næsten 16° højere end kontroldrivhusets, hvilket forbedrer belysningshastigheden.Indetemperaturfordelingen er ensartet, og planterne vokser pænt.Drivhuset har fordelene ved at forbedre arealanvendelsens effektivitet, fleksibelt designe drivhusstørrelsen og forkorte byggeperioden, hvilket er af stor betydning for at beskytte de dyrkede jordressourcer og miljøet.

Fotovoltaisk drivhus

Landbrugsdrivhus er et drivhus, der integrerer solcelleproduktion, intelligent temperaturstyring og moderne højteknologisk beplantning.Den anvender en stålknogleramme og er dækket af solcellemoduler for at sikre belysningskravene til fotovoltaiske strømgenereringsmoduler og belysningskravene i hele drivhuset.Den jævnstrøm, der genereres af solenergi, supplerer direkte lyset fra landbrugets drivhuse, understøtter direkte den normale drift af drivhusudstyr, driver kunstvanding af vandressourcer, øger drivhustemperaturen og fremmer den hurtige vækst af afgrøder.Fotovoltaiske moduler på denne måde vil påvirke belysningseffektiviteten af ​​drivhustag, og derefter påvirke den normale vækst af drivhusgrøntsager.Derfor bliver den rationelle indretning af solcellepaneler på taget af drivhuset det centrale anvendelsesområde.Landbrugsdrivhus er et produkt af den organiske kombination af sightseeing-landbrug og anlægsgartneri, og det er en innovativ landbrugsindustri, der integrerer fotovoltaisk elproduktion, landbrugs-sightseeing, landbrugsafgrøder, landbrugsteknologi, landskab og kulturel udvikling.

Innovativt design af drivhusgruppe med energiinteraktion mellem forskellige typer drivhuse

Guo Wenzhong, en 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 andet eller flere drivhuse.Denne opvarmningsmetode realiserer overførsel af drivhusenergi i tid og rum, forbedrer energiudnyttelseseffektiviteten af ​​den resterende drivhusvarmeenergi og reducerer det samlede varmeenergiforbrug.De to typer drivhuse kan være forskellige drivhustyper eller den samme drivhustype til plantning af forskellige afgrøder, såsom salat- og tomatdrivhuse.Varmeopsamlingsmetoder omfatter hovedsageligt udsugning af indendørs luftvarme og direkte opfangning af indfaldende stråling.Gennem solenergiopsamling, tvungen konvektion ved varmeveksler og tvungen udsugning med varmepumpe blev overskudsvarmen i højenergidrivhus udvundet til opvarmning af drivhus.

sammenfatte

Disse nye soldrivhuse har fordelene ved hurtig montering, forkortet byggeperiode og forbedret arealanvendelse.Derfor er det nødvendigt at udforske ydeevnen af ​​disse nye drivhuse i forskellige områder yderligere 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 kraft til strukturreformen af ​​drivhusene.

Fremtidsudsigt og tænkning

Traditionelle drivhuse har ofte nogle ulemper, såsom højt energiforbrug, lav arealudnyttelsesgrad, tids- og arbejdskrævende, dårlige ydeevne osv., som ikke længere kan opfylde det moderne landbrugs produktionsbehov, og er nødt til at blive gradvist elimineret.Derfor er det en udviklingstendens at bruge nye energikilder som solenergi, biomasseenergi, geotermisk energi og vindenergi, nye drivhusanvendelsesmaterialer og nye designs for at fremme den strukturelle forandring af drivhuset.Først og fremmest skal det nye drivhus drevet 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 udforske ydeevnen af ​​nye drivhuse i forskellige områder for at give betingelser for storstilet popularisering af drivhuse.I fremtiden bør vi søge yderligere efter ny energi og nye materialer, der egner sig til drivhusanvendelse, og finde den bedste kombination af ny energi, nye materialer og drivhus, for at gøre det muligt at bygge et nyt drivhus med lave omkostninger, kort konstruktion periode, lavt energiforbrug og fremragende ydeevne, hjælper drivhusstrukturen med at ændre sig og fremmer 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 studeres og overvindes: (1) Byggeomkostningerne stiger.Sammenlignet med den traditionelle 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 indvirkning på investeringsgenvindingen af ​​produktion og drift .Sammenlignet med energiudnyttelsen vil omkostningerne til nye materialer blive væsentligt øget.(2) Ustabil udnyttelse af varmeenergi.Den største fordel ved ny energiudnyttelse er lave driftsomkostninger og lav kuldioxidudledning, men forsyningen af ​​energi og varme 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 problemerne med lav fermenteringsvarmeenergi, vanskelig styring og kontrol og stor lagerplads til transport af råvarer.(3) Teknologimodenhed.Disse teknologier, der anvendes af ny energi og nye materialer, er avancerede forsknings- og teknologiske resultater, og deres anvendelsesområde og anvendelsesområde er stadig ret begrænset.De har ikke bestået mange gange, mange websteder 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 de mindre mangler.(4) Teknologiens indtrængningshastighed er lav.Den brede anvendelse af en videnskabelig og teknologisk bedrift kræver en vis popularitet.På nuværende tidspunkt 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 ved 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 med drivhusdesign ofte forskning i drivhusrelateret energi og materialer og omvendt;Derfor er forskere relateret til energi- og materialeforskning nødt til at styrke undersøgelsen og forståelsen af ​​de faktiske behov for udvikling af drivhusindustrien, og strukturelle designere bør også studere nye materialer og ny energi for at fremme den dybe integration af de tre relationer for at opnå målet om praktisk drivhusforskningsteknologi, lave byggeomkostninger og god brugseffekt.Baseret på ovenstående problemer foreslås det, at staten, lokale regeringer og videnskabelige forskningscentre bør intensivere teknisk forskning, udføre fælles forskning i dybden, styrke reklamen for videnskabelige og teknologiske resultater, forbedre populariseringen af ​​resultater og hurtigt realisere mål om ny energi og nye materialer til at hjælpe den nye udvikling af drivhusindustrien.

Citeret information

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Ny energi, nye materialer og nyt design hjælper drivhusets nye revolution [J].Grøntsager, 2022,(10):1-8.