Drivhusgartneri landbrugsteknik 2022-12-02 17:30 udgivet i Beijing

Udvikling af solcelledrivhuse i ikke-dyrkede områder som ørken, Gobi og sandjord har effektivt løst modsætningen mellem fødevarer og grøntsager, der konkurrerer om jord. Det er en af ​​de afgørende miljøfaktorer for vækst og udvikling af temperaturafgrøder, som ofte bestemmer succes eller fiasko for produktion af drivhusafgrøder. Derfor skal vi for at udvikle solcelledrivhuse i ikke-dyrkede områder først løse problemet med miljøtemperaturen i drivhuse. I denne artikel opsummeres de temperaturkontrolmetoder, der er blevet anvendt i ikke-dyrkede drivhuse i de senere år, og de eksisterende problemer og udviklingsretningen for temperatur- og miljøbeskyttelse i ikke-dyrkede solcelledrivhuse analyseres og opsummeres.

Kina har en stor befolkning og færre tilgængelige jordressourcer. Mere end 85 % af jordressourcerne er ikke-dyrkede jordressourcer, som hovedsageligt er koncentreret i det nordvestlige Kina. Dokument nr. 1 fra Centralkomiteen i 2022 påpegede, at udviklingen af ​​​​anlægslandbrug bør fremskyndes, og på baggrund af beskyttelsen af ​​​​det økologiske miljø bør udnyttes ledige arealer og ødemarker for at udvikle anlægslandbrug. Det nordvestlige Kina er rigt på ørken-, Gobi-, ødemarks- og andre ikke-dyrkede jordressourcer samt naturlige lys- og varmeressourcer, som er egnede til udvikling af anlægslandbrug. Derfor er udvikling og udnyttelse af ikke-dyrkede jordressourcer til at udvikle ikke-dyrkede jorddrivhuse af stor strategisk betydning for at sikre national fødevaresikkerhed og afhjælpe konflikter om arealanvendelse.

I øjeblikket er ikke-dyrkede soldrevne drivhuse den primære form for højeffektiv landbrugsudvikling i ikke-dyrket jord. I det nordvestlige Kina er temperaturforskellen mellem dag og nat stor, og temperaturen om natten om vinteren er lav, hvilket ofte fører til, at den indeklima minimumstemperatur er lavere end den temperatur, der kræves for normal vækst og udvikling af afgrøder. Temperatur er en af ​​de uundværlige miljøfaktorer for vækst og udvikling af afgrøder. For lav temperatur vil bremse afgrødernes fysiologiske og biokemiske reaktion og forsinke deres vækst og udvikling. Når temperaturen er lavere end den grænse, som afgrøderne kan tåle, vil det endda føre til frostskader. Derfor er det særligt vigtigt at sikre den temperatur, der kræves for normal vækst og udvikling af afgrøder. For at opretholde den rette temperatur i et soldrevne drivhus er det ikke en enkelt foranstaltning, der kan løses. Det skal garanteres ud fra aspekter af drivhusdesign, konstruktion, materialevalg, regulering og daglig styring. Derfor vil denne artikel opsummere forskningsstatus og fremskridt inden for temperaturkontrol af ikke-dyrkede drivhuse i Kina i de seneste år set fra aspekter som drivhusdesign og -konstruktion, varmebevarelse og opvarmningsforanstaltninger samt miljøstyring for at give en systematisk reference til rationelt design og styring af ikke-dyrkede drivhuse.

Drivhusstruktur og materialer

Drivhusets termiske miljø afhænger hovedsageligt af drivhusets transmissions-, opfangnings- og lagringskapacitet for solstråling, hvilket er relateret til et rimeligt design af drivhusets orientering, form og materiale af den lystransmitterende overflade, struktur og materiale af væg og bagtag, fundamentisolering, drivhusets størrelse, natisoleringsmetode og materiale af fortag osv., og det handler også om, hvorvidt drivhusets konstruktion og byggeproces kan sikre effektiv realisering af designkravene.

Lysgennemgangsevne på fortaget

Den primære energi i drivhuset kommer fra solen. At øge lystransmissionskapaciteten på fortaget er gavnligt for drivhuset, så det kan optage mere varme, og det er også et vigtigt fundament for at sikre drivhusets temperaturmiljø om vinteren. I øjeblikket er der tre hovedmetoder til at øge lystransmissionskapaciteten og lysmodtagelsestiden på drivhusets fortag.

01 design af rimelig drivhusorientering og azimut

Drivhusets retning påvirker dets belysningsevne og varmelagringskapacitet. For at opnå mere varmelagring i drivhuset, er retningen af ​​ikke-dyrkede drivhuse i det nordvestlige Kina derfor sydvendt. For at opnå den specifikke azimut af et drivhus er det fordelagtigt at "gribe solen", når man vælger syd-øst, så indetemperaturen stiger hurtigt om morgenen. Når man vælger syd-vest, er det fordelagtigt for drivhuset at udnytte eftermiddagslyset. Sydretningen er et kompromis mellem de to ovenstående situationer. Ifølge geofysisk viden roterer jorden 360° på en dag, og solens azimut bevæger sig omkring 1° hvert 4. minut. Derfor vil tiden for direkte sollys variere med omkring 4 minutter, hver gang drivhusets azimut afviger med 1°, hvilket vil sige, at drivhusets azimut påvirker det tidspunkt, hvor drivhuset ser lys om morgenen og aftenen.

Når morgen- og eftermiddagslystimerne er lige store, og øst eller vest har samme vinkel, vil drivhuset få de samme lystimer. For området nord for 37° nordlig bredde er temperaturen dog lav om morgenen, og tidspunktet for afdækning af dynen er sent, mens temperaturen er relativt høj om eftermiddagen og aftenen, så det er passende at udskyde tidspunktet for lukning af varmeisoleringsdynen. Derfor bør disse områder vælge syd-vestlig retning og udnytte eftermiddagslyset fuldt ud. For områder med 30°~35° nordlig bredde kan tidspunktet for varmebevarelse og afdækning af dækning også fremskyndes på grund af de bedre lysforhold om morgenen. Derfor bør disse områder vælge en syd-østlig retning for at stræbe efter mere morgensolstråling til drivhuset. I området 35°~37° nordlig bredde er der dog lille forskel i solstrålingen om morgenen og eftermiddagen, så det er bedre at vælge en direkte sydlig retning. Uanset om det er sydøst eller sydvest, er afvigelsesvinklen generelt 5° ~ 8°, og den maksimale må ikke overstige 10°. Det nordvestlige Kina ligger i intervallet 37° ~ 50° nordlig bredde, så drivhusets azimutvinkel er generelt fra syd til vest. I lyset af dette har sollysdrivhuset designet af Zhang Jingshe osv. i Taiyuan-området valgt en orientering på 5° mod vest i forhold til syd, sollysdrivhuset bygget af Chang Meimei osv. i Gobi-området i Hexi-korridoren har valgt en orientering på 5° til 10° mod vest i forhold til syd, og sollysdrivhuset bygget af Ma Zhigui osv. i det nordlige Xinjiang har valgt en orientering på 8° mod vest i forhold til syd.

02 Design af rimelig fortagsform og hældningsvinkel

Formen og hældningen på det forreste tag bestemmer solstrålernes indfaldsvinkel. Jo mindre indfaldsvinklen er, desto større er transmittansen. Sun Juren mener, at formen på det forreste tag primært bestemmes af forholdet mellem længden af ​​den primære belysningsflade og den bagerste hældning. En lang forreste hældning og en kort bagerste hældning er gavnlige for belysningen og varmebevarelsen af ​​det forreste tag. Chen Wei-Qian og andre mener, at det primære belysningstag i solcelledrivhuse, der anvendes i Gobi-området, anvender en cirkulær bue med en radius på 4,5 m, som effektivt kan modstå kulde. Zhang Jingshe osv. mener, at det er mere passende at bruge en halvcirkelformet bue på det forreste tag af drivhuse i alpine områder og områder med høj breddegrad. Hvad angår hældningsvinklen på det forreste tag, er reflektionsevnen fra det forreste tag i forhold til sollyset lille, når indfaldsvinklen er 0 ~ 40°, og når den overstiger 40°, øges reflektionsevnen betydeligt. Derfor tages 40° som den maksimale indfaldsvinkel til at beregne hældningsvinklen på det forreste tag, således at solstrålingen selv under vintersolhverv kan trænge maksimalt ind i drivhuset. Da He Bin og andre designede et soldrevet drivhus, der var egnet til ikke-dyrkede områder i Wuhai, Indre Mongoliet, beregnede de derfor hældningsvinklen på det forreste tag med en indfaldsvinkel på 40° og mente, at så længe den var større end 30°, kunne den opfylde kravene til drivhusbelysning og varmebevarelse. Zhang Caihong og andre mener, at når man bygger drivhuse i Xinjiangs ikke-dyrkede områder, er hældningsvinklen på det forreste tag på drivhuse i det sydlige Xinjiang 31°, mens den i det nordlige Xinjiang er 32°~33,5°.

03 Vælg passende gennemsigtige beklædningsmaterialer.

Ud over påvirkningen af ​​udendørs solstrålingsforhold er materialet og lystransmissionsegenskaberne for drivhusfilm også vigtige faktorer, der påvirker lys- og varmemiljøet i drivhuset. I øjeblikket er lystransmissionen af ​​plastfilm som PE, PVC, EVA og PO forskellig på grund af forskellige materialer og filmtykkelser. Generelt kan lystransmissionen af ​​film, der har været brugt i 1-3 år, garanteres at være over 88% samlet set, hvilket bør vælges i henhold til afgrødernes behov for lys og temperatur. Derudover er fordelingen af ​​lysmiljøet i drivhuset, udover lystransmissionen, også en faktor, som folk lægger mere og mere vægt på. Derfor har lystransmissionsdækningsmateriale med forbedret spredning af lys i de senere år fået stor anerkendelse i industrien, især i områder med stærk solstråling i det nordvestlige Kina. Anvendelsen af ​​forbedret spredning af lysfilm har reduceret skyggeeffekten på toppen og bunden af ​​afgrødernes krone, øget lyset i de midterste og nederste dele af afgrødernes krone, forbedret de fotosyntetiske egenskaber for hele afgrøden og vist en god effekt på at fremme vækst og øge produktionen.

Rimeligt design af drivhusstørrelse

Drivhusets længde er for lang eller for kort, hvilket vil påvirke reguleringen af ​​indetemperaturen. Når drivhusets længde er for kort, vil området, der skygges af øst- og vestgavlene, være stort før solopgang og solnedgang, hvilket ikke er befordrende for drivhusets opvarmning, og på grund af dets lille volumen vil det påvirke den indendørs jord og vægs absorption og frigivelse af varme. Når længden er for stor, er det vanskeligt at kontrollere indetemperaturen, og det vil påvirke drivhusets strukturs fasthed og konfigurationen af ​​varmebevaringsmekanismen. Drivhusets højde og spændvidde påvirker direkte dagslysindfaldet på fortaget, drivhusets størrelse og isoleringsforholdet. Når drivhusets spændvidde og længde er fast, kan en forøgelse af drivhusets højde øge belysningsvinklen på fortaget set fra lysmiljøets perspektiv, hvilket er befordrende for lystransmissionen. Set fra et termisk miljøs synspunkt øges væggens højde, og varmelagringsområdet på bagvæggen øges, hvilket er gavnligt for varmelagring og varmefrigivelse fra bagvæggen. Derudover er pladsen stor, varmekapaciteten er også stor, og drivhusets termiske miljø er mere stabilt. En forøgelse af drivhusets højde vil naturligvis øge omkostningerne ved drivhuset, hvilket kræver omfattende overvejelser. Derfor bør vi, når vi designer et drivhus, vælge en rimelig længde, spændvidde og højde i henhold til lokale forhold. For eksempel mener Zhang Caihong og andre, at i det nordlige Xinjiang er drivhusets længde 50~80 m, spændvidden er 7 m og højden er 3,9 m, mens i det sydlige Xinjiang er drivhusets længde 50~80 m, spændvidden er 8 m og højden er 3,6~4,0 m. Det overvejes også, at drivhusets spændvidde ikke bør være mindre end 7 m, og når spændet er 8 m, er varmebevaringseffekten den bedste. Derudover mener Chen Weiqian og andre, at længden, spændet og højden på soldrivhuset bør være henholdsvis 80 m, 8~10 m og 3,8~4,2 m, når det bygges i Gobi-området i Jiuquan, Gansu.

Forbedre væggens varmelagring og isoleringsevne

I løbet af dagen akkumulerer væggen varme ved at absorbere solstråling og varme fra noget af indeluften. Om natten, når indetemperaturen er lavere end vægtemperaturen, vil væggen passivt frigive varme for at opvarme drivhuset. Som drivhusets primære varmelagringsenhed kan væggen forbedre nattemperaturen betydeligt ved at forbedre dens varmelagringskapacitet. Samtidig er væggens varmeisoleringsfunktion grundlaget for stabiliteten af ​​drivhusets termiske miljø. I øjeblikket findes der flere metoder til at forbedre væggenes varmelagrings- og isoleringsevne.

01 design af rimelig vægstruktur

Væggens funktion omfatter primært varmelagring og varmebevaring, og samtidig fungerer de fleste drivhusvægge også som bærende elementer til at understøtte tagspæren. Med henblik på at opnå et godt termisk miljø bør en rimelig vægkonstruktion have tilstrækkelig varmelagringskapacitet på indersiden og tilstrækkelig varmebevaringskapacitet på ydersiden, samtidig med at unødvendige kuldebroer reduceres. I forskningen i vægvarmelagring og -isolering designede Bao Encai og andre den passive varmelagringsvæg af størknet sand i Wuhai-ørkenområdet i Indre Mongoliet. Porøse mursten blev brugt som isoleringslag på ydersiden, og størknet sand blev brugt som varmelagringslag på indersiden. Testen viste, at indetemperaturen kunne nå 13,7 ℃ på solrige dage. Ma Yuehong osv. designede en kompositvæg af hvedeskalmørtelblok i det nordlige Xinjiang, hvor brændt kalk fyldes i mørtelblokke som et varmelagringslag, og slaggeposer stables udendørs som et isoleringslag. Hulblokvæggen designet af Zhao Peng m.fl. i Gobi-området i Gansu-provinsen bruger 100 mm tykke benzenplader som isoleringslag på ydersiden og sand og hulbloksten som varmelagringslag på indersiden. Testen viser, at den gennemsnitlige temperatur om vinteren er over 10 ℃ om natten, og Chai Regeneration m.fl. bruger også sand og grus som isoleringslag og varmelagringslag i væggen i Gobi-området i Gansu-provinsen. Med hensyn til at reducere kuldebroer designede Yan Junyue m.fl. en let og forenklet samlet bagvæg, som ikke kun forbedrede væggens termiske modstand, men også forbedrede væggens forseglingsegenskaber ved at klæbe polystyrenplader på ydersiden af ​​bagvæggen. Wu Letian m.fl. satte en armeret betonringbjælke over drivhusvæggens fundament og brugte trapezformet murstensprægning lige over ringbjælken til at understøtte bagtaget, hvilket løste problemet med, at revner og fundamentsnedsynkninger er lette at opstå i drivhuse i Hotian, Xinjiang, hvilket påvirker drivhusenes varmeisolering.

02 Vælg passende varmelagrings- og isoleringsmaterialer.

Væggens varmelagring og isoleringseffekt afhænger først og fremmest af materialevalget. I den nordvestlige ørken, Gobi, sandjord og andre områder, anvendte forskere lokale materialer og gjorde dristige forsøg på at designe mange forskellige slags bagvægge til soldrevne drivhuse, afhængigt af stedets forhold. For eksempel, da Zhang Guosen og andre byggede drivhuse i sand- og grusmarker i Gansu, blev sand og grus brugt som varmelagring og isoleringslag i væggene. I henhold til Gobi-ørkenens og det nordvestlige Kinas karakteristika designede Zhao Peng en slags hulblokvæg med sandsten og hulblokke som materialer. Testen viser, at den gennemsnitlige indendørs nattemperatur er over 10 ℃. I betragtning af manglen på byggematerialer som mursten og ler i Gobi-regionen i det nordvestlige Kina fandt Zhou Changji og andre, at lokale drivhuse normalt bruger småsten som vægmaterialer, når de undersøgte soldrevne drivhuse i Gobi-regionen i Kizilsu, Kirgizistan. I betragtning af småstenens termiske ydeevne og mekaniske styrke har drivhuse bygget med småsten god ydeevne med hensyn til varmebevarelse, varmelagring og lastbæring. På samme måde bruger Zhang Yong osv. også småsten som hovedmateriale til væggen og designede en uafhængig varmelagringsbagvæg af småsten i Shanxi og andre steder. Testen viser, at varmelagringseffekten er god. Zhang osv. designede en slags sandstensvæg i henhold til karakteristikaene i det nordvestlige Gobi-område, som kan hæve indetemperaturen med 2,5 ℃. Derudover testede Ma Yuehong og andre varmelagringskapaciteten af ​​blokfyldte sandvægge, blokvægge og murstensvægge i Hotian, Xinjiang. Resultaterne viste, at den blokfyldte sandvæg havde den største varmelagringskapacitet. For at forbedre væggens varmelagringsevne udvikler forskere desuden aktivt nye varmelagringsmaterialer og -teknologier. For eksempel foreslog Bao Encai et faseændringshærdende materiale, som kan bruges til at forbedre varmelagringskapaciteten af ​​bagvæggen i soldrevne drivhuse i ikke-dyrkede områder i det nordvestlige. I forbindelse med udforskningen af ​​lokale materialer bruges høstak, slagge, benzenplader og halm også som vægmaterialer, men disse materialer har normalt kun en varmebevarende funktion og ingen varmelagringskapacitet. Generelt set har vægge fyldt med grus og blokke god varmelagring og isoleringsevne.

03 Øg vægtykkelsen passende

Normalt er termisk modstand et vigtigt indeks for at måle væggens termiske isoleringsevne, og den faktor, der påvirker termisk modstand, er tykkelsen af ​​materialelaget udover materialets termiske ledningsevne. Derfor kan en passende forøgelse af vægtykkelsen, baseret på valg af passende termiske isoleringsmaterialer, øge væggens samlede termiske modstand og reducere varmetabet gennem væggen, hvilket øger væggens og hele drivhusets termiske isolering og varmelagringskapacitet. For eksempel er den gennemsnitlige tykkelse af en sandsækvæg i Zhangye City i Gansu og andre områder 2,6 m, mens den er 3,7 m for en murstensvæg i Jiuquan City. Jo tykkere væggen er, desto større er dens termiske isolering og varmelagringskapacitet. For tykke vægge vil dog øge arealbelægningen og omkostningerne ved drivhusbyggeri. Derfor bør vi med henblik på at forbedre den termiske isoleringsevne også prioritere at vælge materialer med høj termisk isolering og lav termisk ledningsevne, såsom polystyren, polyurethan og andre materialer, og derefter øge tykkelsen tilsvarende.

Fornuftigt design af bagtaget

Ved design af bagtaget er hovedovervejelsen at undgå skyggepåvirkning og forbedre varmeisoleringsevnen. For at reducere skyggepåvirkningen på bagtaget er indstillingen af ​​dets hældningsvinkel primært baseret på, at bagtaget kan modtage direkte sollys i løbet af dagen, når der plantes og produceres afgrøder. Derfor vælges bagtagets elevationsvinkel generelt til at være bedre end den lokale solhøjdevinkel ved vintersolhverv på 7°~8°. For eksempel mener Zhang Caihong og andre, at når man bygger solcelledrivhuse i Gobi og salt-alkaliområder i Xinjiang, er den projekterede længde af bagtaget 1,6 m, så hældningsvinklen på bagtaget er 40° i det sydlige Xinjiang og 45° i det nordlige Xinjiang. Chen Wei-Qian og andre mener, at bagtaget på solcelledrivhuset i Jiuquan Gobi-området bør hældes med 40°. Ved varmeisolering af bagtaget bør varmeisoleringsevnen primært sikres ved valg af varmeisoleringsmaterialer, den nødvendige tykkelsesdesign og en rimelig overlapning af varmeisoleringsmaterialer under konstruktionen.

Reducer varmetab i jorden

Om vinteren, fordi temperaturen i den indendørs jord er højere end den udendørs, vil varmen fra den indendørs jord blive overført til den udendørs via varmeledning, hvilket forårsager tab af drivhusvarme. Der er flere måder at reducere jordens varmetab på.

01 jordisolering

Jorden synker ordentligt ned, undgår det frosne jordlag og bruger jorden til varmebevarelse. For eksempel blev "1448 tre-materialer-én-krop" soldrivhuset, udviklet af Chai Regeneration og andet ikke-dyrket land i Hexi Corridor, bygget ved at grave 1 m ned, hvilket effektivt undgår det frosne jordlag. I betragtning af at dybden af ​​den frosne jord i Turpan-området er 0,8 m, foreslog Wang Huamin og andre at grave 0,8 m for at forbedre drivhusets varmeisoleringsevne. Da Zhang Guosen osv. byggede bagvæggen af ​​det dobbeltbuede dobbeltfilmssoldrivhus på ikke-dyrket land, var gravedybden 1 m. Eksperimentet viste, at den laveste temperatur om natten blev øget med 2~3 ℃ sammenlignet med det traditionelle anden generations soldrivhus.

02 foundation kuldebeskyttelse

Hovedmetoden er at grave en kuldesikker grøft langs fundamentsdelen af ​​det forreste tag, fylde varmeisoleringsmaterialer med eller kontinuerligt grave varmeisoleringsmaterialer ned langs fundamentsvægsdelen, alt sammen med det formål at reducere varmetabet forårsaget af varmeoverførsel gennem jorden ved drivhusets grænsedel. De anvendte varmeisoleringsmaterialer er hovedsageligt baseret på de lokale forhold i det nordvestlige Kina og kan fås lokalt, såsom hø, slagge, stenuld, polystyrenplader, majsstrå, hestegødning, nedfaldne blade, knækket græs, savsmuld, ukrudt, halm osv.

03 barkflis

Ved at dække plastfilmen kan sollys nå jorden gennem plastfilmen i løbet af dagen, og jorden absorberer solens varme og opvarmes. Derudover kan plastfilmen blokere den langbølgede stråling, der reflekteres af jorden, hvilket reducerer jordens strålingstab og øger jordens varmelagring. Om natten kan plastfilm hindre den konvektive varmeudveksling mellem jord og indeluft og dermed reducere jordens varmetab. Samtidig kan plastfilm også reducere det latente varmetab forårsaget af fordampning af jordvand. Wei Wenxiang dækkede drivhuset med plastfilm på Qinghai-plateauet, og eksperimentet viste, at jordtemperaturen kunne hæves med omkring 1 ℃.

Styrk den termiske isoleringsevne på fortaget

Drivhusets fortag er den primære varmeafledningsflade, og den tabte varme tegner sig for mere end 75% af det samlede varmetab i drivhuset. Derfor kan en styrkelse af drivhusets fortags varmeisoleringsevne effektivt reducere tabet gennem fortaget og forbedre drivhusets vintertemperaturmiljø. I øjeblikket er der tre hovedforanstaltninger til at forbedre fortagets varmeisoleringsevne.

01 Der anvendes flerlags transparent belægning.

Strukturelt set kan brugen af ​​dobbeltlagsfilm eller trelagsfilm som lystransmitterende overflade i et drivhus effektivt forbedre drivhusets varmeisoleringsevne. For eksempel designede Zhang Guosen og andre et soldrivhus af dobbeltbuetypen med dobbeltfilm i Gobi-området i Jiuquan City. Ydersiden af ​​drivhusets fortag er lavet af EVA-film, og indersiden af ​​drivhuset er lavet af drypfri PVC-anti-aging-film. Eksperimenter viser, at den varmeisoleringseffekt er enestående sammenlignet med traditionelle andengenerations soldrivhuse, og den laveste temperatur om natten stiger med gennemsnitligt 2~3 ℃. Tilsvarende designede Zhang Jingshe osv. også et soldrivhus med dobbeltfilmbelægning til de klimatiske karakteristika i høje breddegrader og meget kolde områder, hvilket forbedrede drivhusets varmeisolering betydeligt. Sammenlignet med kontroldrivhuset steg nattemperaturen med 3 ℃. Derudover forsøgte Wu Letian og andre at bruge tre lag 0,1 mm tyk EVA-film på fortaget af det soldrivhus, der blev designet i Hetian-ørkenområdet i Xinjiang. Flerlagsfilm kan effektivt reducere varmetabet i fortaget, men fordi lysgennemstrømningen af ​​enkeltlagsfilm grundlæggende er omkring 90%, vil flerlagsfilm naturligt føre til en dæmpning af lysgennemstrømningen. Derfor er det nødvendigt at tage behørigt hensyn til lysforholdene og belysningskravene i drivhuse, når man vælger en flerlagsfilm med lysgennemstrømning.

02 Styrk natisoleringen af ​​​​fortaget

Plastfilm bruges på fortaget for at øge lysgennemstrømningen i løbet af dagen, og det bliver det svageste sted i hele drivhuset om natten. Derfor er det en nødvendig varmeisoleringsforanstaltning for solcelledrivhuse at dække den ydre overflade af fortaget med et tykt kompositvarmeisoleringstæppe. For eksempel brugte Liu Yanjie og andre i Qinghai-alpineregionen strågardiner og kraftpapir som varmeisoleringstæpper til eksperimenter. Testresultaterne viste, at den laveste indetemperatur i drivhuset om natten kunne nå over 7,7 ℃. Desuden mener Wei Wenxiang, at drivhusets varmetab kan reduceres med mere end 90 % ved at bruge dobbelte græsgardiner eller kraftpapir uden på græsgardinerne til varmeisolering i dette område. Derudover brugte Zou Ping osv. et varmeisoleringstæppe af genbrugsfiber, nålet filt, i solcelledrivhuset i Gobi-regionen i Xinjiang, og Chang Meimei osv. brugte et varmeisoleringstæppe af sandwichbomuld i solcelledrivhuset i Gobi-regionen i Hexi-korridoren. I øjeblikket findes der mange slags varmeisolerende tæpper, der anvendes i solcelledrivhuse, men de fleste er lavet af nålefilt, limsprøjtet bomuld, perlebomuld osv. med vandtætte eller anti-aging overfladelag på begge sider. Ifølge varmeisolationsmekanismen for varmeisolerende tæpper bør vi for at forbedre dens varmeisolerende ydeevne starte med at forbedre dens varmemodstand og reducere dens varmeoverføringskoefficient. De vigtigste foranstaltninger er at reducere materialernes varmeledningsevne, øge tykkelsen af ​​materialelagene eller øge antallet af materialelag osv. Derfor er kernematerialet i varmeisolerende tæpper med høj varmeisoleringsevne i øjeblikket ofte lavet af flerlags kompositmaterialer. Ifølge testen kan varmeoverføringskoefficienten for varmeisolerende tæpper med høj varmeisoleringsevne i øjeblikket nå 0,5 W/(m2℃), hvilket giver en bedre garanti for varmeisoleringen af ​​drivhuse i kolde områder om vinteren. Naturligvis er det nordvestlige område blæsende og støvet, og den ultraviolette stråling er stærk, så varmeisolationsoverfladelaget bør have god anti-aging ydeevne.

03 Tilføj et indvendigt varmeisoleringsgardin.

Selvom fortaget på sollysdrivhuset er dækket af et udvendigt varmeisoleringstæppe om natten, er fortaget stadig et svagt punkt for hele drivhuset i forhold til andre strukturer i hele drivhuset om natten. Derfor designede projektgruppen "Struktur og konstruktionsteknologi for drivhuse i det nordvestlige ikke-dyrkede land" et simpelt internt varmeisoleringssystem (figur 1), hvis struktur består af et fast indvendigt varmeisoleringstæppe ved forfoden og et bevægeligt indvendigt varmeisoleringstæppe i det øverste rum. Det øvre, bevægelige varmeisoleringstæppe åbnes og foldes ved drivhusets bagvæg i løbet af dagen, hvilket ikke påvirker drivhusets belysning. Det faste varmeisoleringstæppe i bunden fungerer som forsegling om natten. Det indvendige isoleringsdesign er pænt og nemt at betjene og kan også fungere som skyggegivende og kølende om sommeren.

Aktiv opvarmningsteknologi

På grund af den lave vintertemperatur i det nordvestlige Kina kan vi stadig ikke opfylde kravene til afgrødernes overvintringsproduktion i koldt vejr, selv om vi kun er afhængige af varmebevarelse og varmelagring i drivhuse. Derfor er der også behov for aktive opvarmningsforanstaltninger.

Solenergilagring og varmeudledningssystem

Det er en vigtig grund til, at væggen har funktioner som varmebevaring, varmelagring og lastbæring, hvilket fører til høje byggeomkostninger og lav arealudnyttelsesgrad for soldrevhuse. Derfor er forenkling og montering af soldrevhuse uundgåeligt en vigtig udviklingsretning i fremtiden. Blandt dem er forenkling af væggens funktion at frigøre væggens varmelagrings- og frigivelsesfunktion, så bagvæggen kun har varmebevaringsfunktionen, hvilket er en effektiv måde at forenkle udviklingen på. For eksempel er Fang Huis aktive varmelagrings- og frigivelsessystem (Figur 2) meget anvendt i ikke-dyrkede områder som Gansu, Ningxia og Xinjiang. Dens varmeopsamlingsenhed hænges på nordvæggen. Om dagen lagres den varme, der opsamles af varmeopsamlingsenheden, i varmelagringslegemet gennem cirkulation af varmelagringsmediet, og om natten frigives og opvarmes varmen ved cirkulation af varmelagringsmediet, hvilket realiserer varmeoverførsel i tid og rum. Eksperimenter viser, at minimumstemperaturen i drivhuset kan hæves med 3~5 ℃ ved hjælp af denne enhed. Wang Zhiwei osv. har fremsat et vandgardinvarmesystem til solcelledrevne drivhuse i det sydlige Xinjiang-ørkenområde, som kan øge temperaturen i drivhuset med 2,1 ℃ om natten.

Derudover designede Bao Encai osv. et aktivt varmelagringssystem til nordvæggen. I løbet af dagen strømmer varm luft indendørs gennem varmeoverføringskanalen, der er indlejret i nordvæggen, via cirkulation af aksialventilatorer, og varmeoverføringskanalen udveksler varme med varmelagringslaget inde i væggen, hvilket forbedrer væggens varmelagringskapacitet betydeligt. Derudover lagrer det faseskiftende solvarmelagringssystem, designet af Yan Yantao osv., varme i faseskiftmaterialerne via solfangere i løbet af dagen og afgiver derefter varmen til indeluften gennem luftcirkulationen om natten, hvilket kan øge gennemsnitstemperaturen med 2,0 ℃ om natten. Ovenstående solenergiudnyttelsesteknologier og -udstyr har karakteristika som økonomisk, energibesparende og lavt kulstofindhold. Efter optimering og forbedring burde de have gode anvendelsesmuligheder i områder med rigelige solenergiressourcer i det nordvestlige Kina.

Andre supplerende varmeteknologier

01 biomasseenergiopvarmning

Strøelse, halm, kogødning, fåregødning og fjerkrægødning blandes med biologiske bakterier og begraves i jorden i drivhuset. Der genereres en masse varme under fermenteringsprocessen, og der genereres en masse gavnlige stammer, organisk materiale og CO2 under fermenteringsprocessen. Gavnlige stammer kan hæmme og dræbe en række forskellige bakterier og kan reducere forekomsten af ​​drivhussygdomme og skadedyr. Organisk materiale kan bruges som gødning til afgrøder. Den producerede CO2 kan forbedre afgrødernes fotosyntese. For eksempel begravede Wei Wenxiang varm organisk gødning såsom hestegødning, kogødning og fåregødning i indendørs jord i soldrivhuset på Qinghai-plateauet, hvilket effektivt hævede jordtemperaturen. I soldrivhuset i Gansu-ørkenområdet brugte Zhou Zhilong halm og organisk gødning til at fermentere mellem afgrøder. Testen viste, at temperaturen i drivhuset kunne øges med 2~3 ℃.

02 kulopvarmning

Der findes kunstige ovne, energibesparende vandvarmere og opvarmning. For eksempel fandt Wei Wenxiang efter en undersøgelse på Qinghai-plateauet, at kunstig ovnopvarmning primært blev brugt lokalt. Denne opvarmningsmetode har fordelene ved hurtigere opvarmning og tydelig opvarmningseffekt. Imidlertid vil skadelige gasser som SO2, CO og H2S blive produceret i processen med at brænde kul, så det er nødvendigt at gøre et godt stykke arbejde med at udlede skadelige gasser.

03 elektrisk opvarmning

Brug elektrisk varmetråd til at opvarme drivhusets fortag, eller brug en elektrisk varmelegeme. Varmeeffekten er bemærkelsesværdig, brugen er sikker, der genereres ingen forurenende stoffer i drivhuset, og varmeudstyret er let at kontrollere. Chen Weiqian og andre mener, at problemet med frostskader om vinteren i Jiuquan-området hæmmer udviklingen af ​​lokalt Gobi-landbrug, og elektriske varmeelementer kan bruges til at opvarme drivhuset. På grund af brugen af ​​elektriske energikilder af høj kvalitet er energiforbruget dog højt, og omkostningerne er høje. Det foreslås, at det bruges som en midlertidig nødopvarmning i ekstrem kulde.

Miljøforvaltningsforanstaltninger

I forbindelse med produktion og brug af drivhuse kan det komplette udstyr og den normale drift ikke effektivt sikre, at dets termiske miljø opfylder designkravene. Faktisk spiller brugen og styringen af ​​udstyr ofte en nøglerolle i dannelsen og vedligeholdelsen af ​​det termiske miljø, hvoraf den vigtigste er den daglige styring af varmeisoleringsduge og udluftningsventiler.

Håndtering af termisk isoleringsdyne

Termisk isolering er nøglen til natlig termisk isolering af fortaget, så det er yderst vigtigt at forbedre den daglige håndtering og vedligeholdelse, især følgende problemer bør man være opmærksom på: ① Vælg den passende åbnings- og lukketid for termisk isolering. Åbnings- og lukketiden for termisk isolering påvirker ikke kun drivhusets belysningstid, men påvirker også opvarmningsprocessen i drivhuset. At åbne og lukke termisk isolering for tidligt eller for sent er ikke befordrende for varmeopsamling. Om morgenen, hvis termisk isolering er afdækket for tidligt, vil indetemperaturen falde for meget på grund af den lave udetemperatur og svagt lys. Hvis tidspunktet for afdækning af termisk isolering derimod er for sent, vil tidspunktet for lysmodtagelse i drivhuset blive forkortet, og tiden for stigningen i indetemperaturen vil blive forsinket. Hvis termisk isolering er slukket for tidligt om eftermiddagen, vil den indendørs eksponeringstid blive forkortet, og varmelagringen af ​​indendørs jord og vægge vil blive reduceret. Hvis varmebevarelsen derimod slukkes for sent, vil drivhusets varmeafledning blive øget på grund af den lave udetemperatur og svagt lys. Derfor er det generelt set tilrådeligt, at temperaturen stiger med 1~2 ℃, når varmeisoleringsdynen tændes om morgenen, mens det tilrådes, at temperaturen stiger med 1~2 ℃, når varmeisoleringsdynen slukkes. ② Når varmeisoleringsdynen lukkes, skal du være opmærksom på, om varmeisoleringsdynen dækker alle fortagene tæt, og justere dem i tide, hvis der er et mellemrum. ③ Når varmeisoleringsdynen er helt nede, skal du kontrollere, om den nederste del er komprimeret, for at forhindre, at den varmebevarende effekt ophæves af vinden om natten. ④ Kontroller og vedligehold varmeisoleringsdynen i tide, især hvis varmeisoleringsdynen er beskadiget, reparer eller udskift den i tide. ⑤ Vær opmærksom på vejrforholdene i tide. Når det regner eller sneer, skal du dække varmeisoleringsdynen til i tide og fjerne sne i tide.

Håndtering af udluftningsåbninger

Formålet med ventilation om vinteren er at justere lufttemperaturen for at undgå for høje temperaturer omkring middagstid. For det andet er det at eliminere indendørs fugt, reducere luftfugtigheden i drivhuset og bekæmpe skadedyr og sygdomme. For det tredje er det at øge indendørs CO2-koncentration og fremme afgrødevækst. Ventilation og varmebevarelse er dog modstridende. Hvis ventilationen ikke styres korrekt, vil det sandsynligvis føre til problemer med lav temperatur. Derfor skal hvornår og hvor længe ventilerne skal åbnes dynamisk justeres i henhold til drivhusets miljøforhold på ethvert tidspunkt. I de nordvestlige ikke-dyrkede områder er styringen af ​​drivhusventiler primært opdelt i to måder: manuel betjening og simpel mekanisk ventilation. Åbningstiden og ventilationstiden for ventilerne er dog primært baseret på folks subjektive vurdering, så det kan ske, at ventilerne åbnes for tidligt eller for sent. For at løse ovenstående problemer har Yin Yilei osv. designet en intelligent ventilationsenhed til taget, som kan bestemme åbningstiden og åbnings- og lukningsstørrelsen af ​​ventilationshuller i henhold til ændringer i indemiljøet. Med uddybningen af ​​forskningen i loven om miljøændringer og afgrødeefterspørgsel, samt populariseringen og fremskridtet af teknologier og udstyr såsom miljøopfattelse, informationsindsamling, analyse og kontrol, bør automatisering af ventilationsstyring i soldrevne drivhuse være en vigtig udviklingsretning i fremtiden.

Andre forvaltningsforanstaltninger

Ved brug af forskellige typer dækfilm vil deres lystransmissionsevne gradvist svækkes, og svækkelseshastigheden er ikke kun relateret til deres egne fysiske egenskaber, men også til det omgivende miljø og håndtering under brug. Under brug er den vigtigste faktor, der fører til forringelsen af ​​lystransmissionsevnen, forurening af filmens overflade. Derfor er det yderst vigtigt at udføre regelmæssig rengøring og rengøring, når forholdene tillader det. Derudover bør drivhusets indkapslingsstruktur kontrolleres regelmæssigt. Når der er en lækage i væggen og fortaget, bør den repareres i tide for at undgå, at drivhuset påvirkes af kold luftinfiltration.

Eksisterende problemer og udviklingsretning

Forskere har i mange år udforsket og studeret varmebevarings- og lagringsteknologi, styringsteknologi og opvarmningsmetoder i drivhuse i nordvestlige, ikke-dyrkede områder, hvilket grundlæggende har muliggjort overvintringsproduktion af grøntsager, i høj grad forbedret drivhusenes evne til at modstå kuldeskader ved lav temperatur og grundlæggende realiseret overvintringsproduktion af grøntsager. Det har ydet et historisk bidrag til at afhjælpe modsætningen mellem fødevarer og grøntsager, der konkurrerer om jord i Kina. Der er dog stadig følgende problemer med temperaturgarantiteknologien i det nordvestlige Kina.

Drivhustyper, der skal opgraderes

I øjeblikket er drivhustyperne stadig de almindelige, der blev bygget i slutningen af ​​det 20. århundrede og begyndelsen af ​​dette århundrede, med en simpel struktur, et urimeligt design, dårlig evne til at opretholde drivhusets termiske miljø og modstå naturkatastrofer samt manglende standardisering. Derfor bør formen og hældningen af ​​​​fortaget, drivhusets azimutvinkel, bagvæggens højde, drivhusets nedsænkningsdybde osv. i fremtidens drivhusdesign standardiseres ved fuldt ud at kombinere de lokale geografiske breddegrader og klimakarakteristika. Samtidig kan der så vidt muligt kun plantes én afgrøde i et drivhus, således at standardiseret drivhustilpasning kan udføres i henhold til de plantede afgrøders lys- og temperaturkrav.

Drivhusarealet er relativt lille.

Hvis drivhusskalaen er for lille, vil det påvirke stabiliteten af ​​drivhusets termiske miljø og udviklingen af ​​mekanisering. Med den gradvise stigning i lønomkostningerne er mekaniseringsudvikling en vigtig retning i fremtiden. Derfor bør vi i fremtiden basere os på det lokale udviklingsniveau, tage hensyn til behovene for mekaniseringsudvikling, rationelt designe drivhusenes indvendige rum og layout, fremskynde forskning og udvikling af landbrugsudstyr, der er egnet til lokale områder, og forbedre mekaniseringshastigheden i drivhusproduktionen. Samtidig bør det relevante udstyr i henhold til afgrødernes og dyrkningsmønstrenes behov matches med standarder, og integreret forskning og udvikling, innovation og popularisering af ventilations-, fugtighedsreduktions-, varmebevarings- og varmeudstyr bør fremmes.

Tykkelsen af ​​vægge som sand og hule blokke er stadig tyk.

Hvis væggen er for tyk, vil den isolerende effekt, selvom den er god, reducere jordens udnyttelsesgrad, øge omkostningerne og vanskeligheden ved konstruktionen. Derfor kan vægtykkelsen i den fremtidige udvikling på den ene side optimeres videnskabeligt i henhold til de lokale klimatiske forhold. På den anden side bør vi fremme en let og forenklet udvikling af bagvæggen, så drivhusets bagvæg kun bevarer funktionen af ​​varmebevaring, og bruge solfangere og andet udstyr til at erstatte væggens varmelagring og frigivelse. Solfangere har egenskaber som høj varmeopsamlingseffektivitet, stærk varmeopsamlingskapacitet, energibesparelse, lavt kulstofindhold osv., og de fleste af dem kan realisere aktiv regulering og kontrol og kan udføre målrettet eksotermisk opvarmning i henhold til drivhusets miljøkrav om natten med højere effektivitet i varmeudnyttelsen.

Der skal udvikles en særlig varmeisoleringstæppe.

Fortaget er den primære varmeafledningsfaktor i et drivhus, og varmeisoleringsevnen af ​​varmeisoleringsdyner påvirker direkte det indendørs temperaturmiljø. I øjeblikket er temperaturmiljøet i drivhuset i nogle områder ikke godt, dels fordi varmeisoleringsdynerne er for tynde, og materialernes varmeisoleringsevne er utilstrækkelig. Samtidig har varmeisoleringsdynerne stadig nogle problemer, såsom dårlig vandtæthed og skiegenskaber, let ældning af overflade- og kernematerialerne osv. Derfor bør passende varmeisoleringsmaterialer i fremtiden udvælges videnskabeligt i henhold til lokale klimatiske karakteristika og krav, og der bør designes og udvikles særlige varmeisoleringsdyner, der er egnede til lokal brug og popularisering.

ENDE

Citerede oplysninger

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi osv. Forskningsstatus for teknologi til garanti af miljøtemperatur i solcelledrivhuse i nordvestligt ikke-dyrket land [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.