Tehnologija poljoprivrednog inženjerstva u stakleničkom hortikulturnom sektoru, objavljeno u Pekingu 2022-12-02 17:30

Razvoj solarnih staklenika u neobrađenim područjima poput pustinje, Gobi i pjeskovito zemljište efikasno je riješio kontradikciju između hrane i povrća koje se takmiče za zemljište. To je jedan od odlučujućih faktora okoline za rast i razvoj temperaturnih usjeva, koji često određuje uspjeh ili neuspjeh proizvodnje usjeva u staklenicima. Stoga, da bismo razvili solarne staklenike u neobrađenim područjima, prvo moramo riješiti problem temperature okoline u staklenicima. U ovom članku su sažete metode kontrole temperature koje se koriste u neobrađenim staklenicima posljednjih godina, te su analizirani i sažeti postojeći problemi i smjer razvoja temperature i zaštite okoliša u solarnim staklenicima na neobrađenom zemljištu.

Kina ima veliku populaciju i manje raspoloživih zemljišnih resursa. Više od 85% zemljišnih resursa su neobrađeni zemljišni resursi, koji su uglavnom koncentrirani na sjeverozapadu Kine. Dokument br. 1 Centralnog komiteta iz 2022. godine istakao je da razvoj komunalne poljoprivrede treba ubrzati i, na osnovu zaštite ekološke okoline, istražiti iskorištavajuće neizgrađeno zemljište i pustoš kako bi se razvila komunalna poljoprivreda. Sjeverozapadna Kina bogata je pustinjskim, pustinjskim, pustošnim i drugim neobrađenim zemljišnim resursima te prirodnim svjetlosnim i toplotnim resursima, koji su pogodni za razvoj komunalne poljoprivrede. Stoga je razvoj i korištenje neobrađenih zemljišnih resursa za razvoj neobrađenih staklenika od velikog strateškog značaja za osiguranje nacionalne sigurnosti hrane i ublažavanje sukoba oko korištenja zemljišta.

Trenutno, neobrađeni solarni staklenik je glavni oblik visokoefikasnog poljoprivrednog razvoja na neobrađenom zemljištu. Na sjeverozapadu Kine, temperaturna razlika između dana i noći je velika, a noćna temperatura zimi je niska, što često dovodi do pojave da je minimalna unutrašnja temperatura niža od temperature potrebne za normalan rast i razvoj usjeva. Temperatura je jedan od nezamjenjivih faktora okoline za rast i razvoj usjeva. Preniska temperatura će usporiti fiziološke i biohemijske reakcije usjeva i usporiti njihov rast i razvoj. Kada je temperatura niža od granice koju usjevi mogu podnijeti, to će čak dovesti do smrzavanja. Stoga je posebno važno osigurati temperaturu potrebnu za normalan rast i razvoj usjeva. Održavanje odgovarajuće temperature solarnog staklenika nije jedna mjera koja se može riješiti. To se mora garantovati sa aspekta dizajna staklenika, izgradnje, odabira materijala, regulacije i svakodnevnog upravljanja. Stoga će ovaj članak sažeti status istraživanja i napredak u kontroli temperature neobrađenih staklenika u Kini posljednjih godina s aspekata projektovanja i izgradnje staklenika, mjera očuvanja i zagrijavanja topline te upravljanja okolišem, kako bi se pružila sistematska referenca za racionalno projektovanje i upravljanje neobrađenim staklenicima.

Struktura i materijali staklenika

Termalno okruženje staklenika uglavnom zavisi od kapaciteta propuštanja, presretanja i skladištenja sunčevog zračenja, što je povezano sa razumnim dizajnom orijentacije staklenika, oblikom i materijalom površine koja propušta svjetlost, strukturom i materijalom zidova i zadnjeg krova, izolacijom temelja, veličinom staklenika, načinom noćne izolacije i materijalom prednjeg krova itd., a također se odnosi i na to da li izgradnja i proces izgradnje staklenika mogu osigurati efikasnu realizaciju projektnih zahtjeva.

Kapacitet propuštanja svjetlosti prednjeg krova

Glavna energija u stakleniku dolazi od sunca. Povećanje kapaciteta propusnosti svjetlosti prednjeg krova korisno je za staklenik kako bi dobio više topline, a također je važna osnova za osiguranje temperaturnog okruženja staklenika zimi. Trenutno postoje tri glavne metode za povećanje kapaciteta propusnosti svjetlosti i vremena prijema svjetlosti prednjeg krova staklenika.

01 dizajn razumne orijentacije i azimuta staklenika

Orijentacija staklenika utiče na performanse osvjetljenja staklenika i kapacitet skladištenja toplote u stakleniku. Stoga, kako bi se postiglo više skladištenja toplote u stakleniku, orijentacija neobrađenih staklenika na sjeverozapadu Kine je okrenuta prema jugu. Za specifični azimut staklenika, pri odabiru azimuta jug-istok, korisno je "zgrabiti sunce", a unutrašnja temperatura brzo raste ujutro; kada se odabere azimut jug-zapad, korisno je za staklenik koristiti popodnevnu svjetlost. Južni smjer je kompromis između gore navedene dvije situacije. Prema geofizičkim saznanjima, Zemlja se okrene za 360° u jednom danu, a azimut Sunca se pomiče za oko 1° svake 4 minute. Stoga, svaki put kada se azimut staklenika razlikuje za 1°, vrijeme direktne sunčeve svjetlosti će se razlikovati za oko 4 minute, odnosno azimut staklenika utiče na vrijeme kada staklenik vidi svjetlo ujutro i navečer.

Kada su jutarnji i popodnevni sati svjetla jednaki, a istok ili zapad pod istim uglom, staklenik će dobiti isti broj sati svjetla. Međutim, za područje sjeverno od 37° sjeverne geografske širine, temperatura je niska ujutro, a vrijeme otkrivanja pokrivača je kasno, dok je temperatura relativno visoka popodne i navečer, pa je prikladno odgoditi vrijeme zatvaranja termoizolacijskog pokrivača. Stoga bi ova područja trebala odabrati smjer jug-zapad i u potpunosti iskoristiti popodnevnu svjetlost. Za područja sa 30°~35° sjeverne geografske širine, zbog boljih uvjeta osvjetljenja ujutro, vrijeme očuvanja topline i otkrivanja pokrivača također se može pomaknuti. Stoga bi ova područja trebala odabrati smjer jug-istok kako bi se nastojalo osigurati više jutarnjeg sunčevog zračenja za staklenik. Međutim, u području od 35°~37° sjeverne geografske širine, mala je razlika u sunčevom zračenju ujutro i popodne, pa je bolje odabrati smjer jug. Bez obzira da li je jugoistočno ili jugozapadno, ugao odstupanja je uglavnom 5° ~8°, a maksimalni ne smije prelaziti 10°. Sjeverozapadna Kina leži u rasponu od 37°~50° sjeverne geografske širine, tako da je azimutni ugao staklenika uglavnom od juga prema zapadu. S obzirom na to, staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je dizajnirao Zhang Jingshe itd. u području Taiyuana odabrao je orijentaciju od 5° zapadno od juga, staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je izgradio Chang Meimei itd. u području Gobija u koridoru Hexi usvojio je orijentaciju od 5° do 10° zapadno od juga, a staklenik na sunčevoj svjetlosti koji je izgradio Ma Zhigui itd. u sjevernom Xinjiangu usvojio je orijentaciju od 8° zapadno od juga.

02 Dizajnirajte razuman oblik prednjeg krova i ugao nagiba

Oblik i nagib prednjeg krova određuju ugao upada sunčevih zraka. Što je ugao upada manji, to je veća propusnost svjetlosti. Sun Juren smatra da oblik prednjeg krova uglavnom određuje odnos dužine glavne površine za osvjetljenje i zadnjeg nagiba. Dugi prednji nagib i kratki zadnji nagib korisni su za osvjetljenje i očuvanje topline prednjeg krova. Chen Wei-Qian i drugi smatraju da glavni krov za osvjetljenje solarnih staklenika koji se koristi u području Gobi usvaja kružni luk s radijusom od 4,5 m, što može efikasno odoljeti hladnoći. Zhang Jingshe i drugi smatraju da je prikladnije koristiti polukružni luk na prednjem krovu staklenika u alpskim i područjima visokih geografskih širina. Što se tiče ugla nagiba prednjeg krova, prema karakteristikama propusnosti svjetlosti plastične folije, kada je ugao upada 0 ~ 40°, reflektivnost prednjeg krova na sunčevu svjetlost je mala, a kada prelazi 40°, reflektivnost se značajno povećava. Stoga se za izračunavanje ugla nagiba prednjeg krova kao maksimalni upadni ugao uzima 40°, tako da čak i tokom zimskog solsticija sunčevo zračenje može maksimalno prodrijeti u staklenik. Stoga su He Bin i drugi, prilikom projektovanja solarnog staklenika pogodnog za neobrađena područja u Wuhaiju, Unutrašnja Mongolija, izračunali ugao nagiba prednjeg krova s ​​upadnim uglom od 40° i smatrali da, sve dok je veći od 30°, može zadovoljiti zahtjeve osvjetljenja staklenika i očuvanja topline. Zhang Caihong i drugi smatraju da prilikom izgradnje staklenika u neobrađenim područjima Xinjianga, ugao nagiba prednjeg krova staklenika u južnom Xinjiangu iznosi 31°, dok je u sjevernom Xinjiangu 32°~33,5°.

03 Odaberite odgovarajuće prozirne pokrivne materijale.

Pored utjecaja vanjskih uvjeta sunčevog zračenja, karakteristike materijala i prijenosa svjetlosti folije za staklenike također su važni faktori koji utječu na svjetlosno i toplinsko okruženje staklenika. Trenutno se prijenos svjetlosti plastičnih folija kao što su PE, PVC, EVA i PO razlikuje zbog različitih materijala i debljina folije. Općenito govoreći, prijenos svjetlosti folija koje se koriste 1-3 godine može se garantirati iznad 88% u cjelini, što treba odabrati prema potrebama usjeva za svjetlošću i temperaturom. Osim prijenosa svjetlosti u stakleniku, raspodjela svjetlosnog okruženja u stakleniku također je faktor kojem ljudi posvećuju sve više pažnje. Stoga je posljednjih godina materijal za prekrivanje koji prenosi svjetlost s poboljšanim raspršivanjem svjetlosti visoko prepoznat u industriji, posebno u područjima s jakim sunčevim zračenjem na sjeverozapadu Kine. Primjena folije s poboljšanim raspršivanjem svjetlosti smanjila je učinak zasjenjivanja na gornjem i donjem dijelu krošnje usjeva, povećala svjetlost u srednjim i donjim dijelovima krošnje usjeva, poboljšala fotosintetske karakteristike cijelog usjeva i pokazala dobar učinak na poticanje rasta i povećanje proizvodnje.

Razuman dizajn veličine staklenika

Dužina staklenika je prevelika ili prekratka, što će utjecati na kontrolu unutrašnje temperature. Kada je dužina staklenika prekratka, prije izlaska i zalaska sunca, površina zasjenjena istočnim i zapadnim zabatima je velika, što ne pogoduje zagrijavanju staklenika, a zbog male zapremine utjecat će na apsorpciju i oslobađanje topline unutar tla i zida. Kada je dužina prevelika, teško je kontrolirati unutarnju temperaturu, a to će utjecati na čvrstoću konstrukcije staklenika i konfiguraciju mehanizma za namatanje prekrivača za očuvanje topline. Visina i raspon staklenika direktno utječu na dnevno osvjetljenje prednjeg krova, veličinu prostora staklenika i omjer izolacije. Kada su raspon i dužina staklenika fiksni, povećanje visine staklenika može povećati kut osvjetljenja prednjeg krova iz perspektive svjetlosnog okruženja, što pogoduje propuštanju svjetlosti; Iz perspektive toplinskog okruženja, visina zida se povećava, a površina za pohranu topline stražnjeg zida se povećava, što je korisno za pohranu i oslobađanje topline stražnjeg zida. Štaviše, prostor je velik, stopa toplotnog kapaciteta je također velika, a termalno okruženje staklenika je stabilnije. Naravno, povećanje visine staklenika povećat će troškove staklenika, što zahtijeva sveobuhvatno razmatranje. Stoga, prilikom projektovanja staklenika, trebali bismo odabrati razumnu dužinu, raspon i visinu u skladu s lokalnim uvjetima. Na primjer, Zhang Caihong i drugi smatraju da je u sjevernom Xinjiangu dužina staklenika 50~80m, raspon 7m, a visina staklenika 3,9m, dok je u južnom Xinjiangu dužina staklenika 50~80m, raspon 8m, a visina staklenika 3,6~4,0m; Također se smatra da raspon staklenika ne smije biti manji od 7m, a kada je raspon 8m, efekat očuvanja topline je najbolji. Osim toga, Chen Weiqian i drugi smatraju da bi dužina, raspon i visina solarnog staklenika trebali biti 80 m, 8~10 m i 3,8~4,2 m respektivno kada se izgradi u području Gobi u Jiuquanu, Gansu.

Poboljšajte kapacitet skladištenja toplote i izolacije zida

Tokom dana, zid akumulira toplotu apsorbirajući sunčevo zračenje i toplotu dijela unutrašnjeg zraka. Noću, kada je unutrašnja temperatura niža od temperature zida, zid će pasivno oslobađati toplotu za grijanje staklenika. Kao glavno tijelo za skladištenje toplote staklenika, zid može značajno poboljšati unutrašnju noćnu temperaturu okruženja poboljšavajući svoj kapacitet skladištenja toplote. Istovremeno, funkcija toplotne izolacije zida je osnova za stabilnost toplotnog okruženja staklenika. Trenutno postoji nekoliko metoda za poboljšanje kapaciteta skladištenja toplote i izolacije zidova.

01 dizajn razumne zidne strukture

Funkcija zida uglavnom uključuje skladištenje i očuvanje toplote, a istovremeno, većina zidova staklenika služi i kao nosivi elementi za podupiranje krovne rešetke. Sa stanovišta postizanja dobrog termalnog okruženja, razumna zidna konstrukcija trebala bi imati dovoljan kapacitet skladištenja toplote na unutrašnjoj strani i dovoljan kapacitet očuvanja toplote na vanjskoj strani, uz smanjenje nepotrebnih hladnih mostova. U istraživanju skladištenja toplote i izolacije zidova, Bao Encai i drugi su projektovali pasivni zid za skladištenje toplote od očvrslog pijeska u pustinjskom području Wuhai, Unutrašnja Mongolija. Porozna cigla je korištena kao izolacijski sloj sa vanjske strane, a očvrsli pijesak je korišten kao sloj za skladištenje toplote sa unutrašnje strane. Test je pokazao da unutrašnja temperatura može doseći 13,7℃ u sunčanim danima. Ma Yuehong i drugi su projektovali kompozitni zid od blokova maltera od pšeničnih ljuski u sjevernom Xinjiangu, u kojem se živo vapno puni u blokove maltera kao sloj za skladištenje toplote, a vreće zgure su složene vani kao izolacijski sloj. Šuplji zid od blokova koji je dizajnirao Zhao Peng i drugi u području Gobi u provinciji Gansu, koristi benzenske ploče debljine 100 mm kao izolacijski sloj s vanjske strane, a pijesak i šuplje blokove kao sloj za skladištenje topline s unutarnje strane. Test pokazuje da je prosječna temperatura zimi noću iznad 10℃, a Chai Regeneration i drugi također koriste pijesak i šljunak kao izolacijski sloj i sloj za skladištenje topline zida u području Gobi u provinciji Gansu. U smislu smanjenja hladnih mostova, Yan Junyue i drugi su dizajnirali lagani i pojednostavljeni sastavljeni stražnji zid, koji je ne samo poboljšao toplinsku otpornost zida, već je i poboljšao svojstvo brtvljenja zida lijepljenjem polistirenske ploče na vanjsku stranu stražnjeg zida; Wu Letian i drugi su postavili armiranobetonsku prstenastu gredu iznad temelja zida staklenika i koristili trapezoidno utiskivanje cigle odmah iznad prstenaste grede za podupiranje stražnjeg krova, što je riješilo problem lakog pojavljivanja pukotina i slijeganja temelja u staklenicima u Hotianu, Xinjiang, što utječe na toplinsku izolaciju staklenika.

02 Odaberite odgovarajuće materijale za skladištenje toplote i izolaciju.

Efekat skladištenja toplote i izolacije zida prvenstveno zavisi od izbora materijala. U sjeverozapadnoj pustinji, Gobi, pjeskovitom zemljištu i drugim područjima, u zavisnosti od uslova na lokaciji, istraživači su koristili lokalne materijale i hrabro pokušali da dizajniraju mnogo različitih vrsta zadnjih zidova solarnih staklenika. Na primjer, kada su Zhang Guosen i drugi gradili staklenike u poljima pijeska i šljunka u Gansuu, pijesak i šljunak su korišteni kao slojevi za skladištenje toplote i izolaciju zidova; Prema karakteristikama Gobija i pustinje u sjeverozapadnoj Kini, Zhao Peng je dizajnirao vrstu zida od šupljih blokova sa pješčenjakom i šupljim blokovima kao materijalima. Test pokazuje da je prosječna unutrašnja noćna temperatura iznad 10℃. S obzirom na nedostatak građevinskog materijala kao što su cigla i glina u regiji Gobi u sjeverozapadnoj Kini, Zhou Changji i drugi su otkrili da lokalni staklenici obično koriste šljunak kao materijal za zidove prilikom istraživanja solarnih staklenika u regiji Gobi u Kizilsu Kirgiz, Xinjiang. S obzirom na termičke performanse i mehaničku čvrstoću šljunka, staklenik izgrađen od šljunka ima dobre performanse u smislu očuvanja toplote, skladištenja toplote i podnošenja opterećenja. Slično tome, Zhang Yong i drugi su također koristili šljunak kao glavni materijal zida i dizajnirali nezavisni stražnji zid od šljunka za skladištenje topline u Shanxiju i drugim mjestima. Test pokazuje da je učinak skladištenja topline dobar. Zhang i drugi su dizajnirali vrstu zida od pješčenjaka prema karakteristikama sjeverozapadnog područja Gobi, koji može podići unutarnju temperaturu za 2,5 ℃. Osim toga, Ma Yuehong i drugi su testirali kapacitet skladištenja topline zida od pijeska punjenog blokovima, zida od blokova i zida od cigle u Hotianu, Xinjiang. Rezultati su pokazali da zid od pijeska punjen blokovima ima najveći kapacitet skladištenja topline. Osim toga, kako bi se poboljšale performanse skladištenja topline zida, istraživači aktivno razvijaju nove materijale i tehnologije za skladištenje topline. Na primjer, Bao Encai je predložio materijal za fazno promjenjivo stvrdnjavanje, koji se može koristiti za poboljšanje kapaciteta skladištenja topline stražnjeg zida solarnog staklenika u sjeverozapadnim neobrađenim područjima. Istraživanjem lokalnih materijala, plast sijena, zgura, benzenska ploča i slama također se koriste kao materijali za zidove, ali ovi materijali obično imaju samo funkciju očuvanja topline, a ne i kapacitet skladištenja topline. Općenito govoreći, zidovi ispunjeni šljunkom i blokovima imaju dobru sposobnost skladištenja topline i izolacije.

03 Odgovarajuće povećajte debljinu zida

Obično je toplotni otpor važan indeks za mjerenje performansi toplotne izolacije zida, a faktor koji utiče na toplotni otpor je debljina sloja materijala, pored toplotne provodljivosti materijala. Stoga, na osnovu odabira odgovarajućih materijala za toplotnu izolaciju, odgovarajuće povećanje debljine zida može povećati ukupni toplotni otpor zida i smanjiti gubitak toplote kroz zid, čime se povećava toplotna izolacija i kapacitet skladištenja toplote zida i cijelog staklenika. Na primjer, u Gansuu i drugim područjima, prosječna debljina zida od vreća s pijeskom u gradu Zhangye je 2,6 m, dok je debljina zida od maltera u gradu Jiuquan 3,7 m. Što je zid deblji, to je veći njegov kapacitet toplotne izolacije i skladištenja toplote. Međutim, predebeli zidovi će povećati zauzimanje zemljišta i troškove izgradnje staklenika. Stoga, sa stanovišta poboljšanja kapaciteta toplotne izolacije, trebali bismo dati prioritet i odabiru visokokvalitetnih materijala za toplotnu izolaciju sa niskom toplotnom provodljivošću, kao što su polistiren, poliuretan i drugi materijali, a zatim odgovarajuće povećati debljinu.

Razuman dizajn zadnjeg krova

Prilikom projektovanja zadnjeg krova, glavni cilj je da se izbjegne uticaj zasjenjenja i poboljša kapacitet toplotne izolacije. Kako bi se smanjio uticaj zasjenjenja na zadnji krov, podešavanje njegovog ugla nagiba se uglavnom zasniva na činjenici da zadnji krov može primati direktnu sunčevu svjetlost tokom dana kada se sade i proizvode usevi. Stoga se ugao elevacije zadnjeg krova uglavnom bira da bude bolji od lokalnog ugla solarne visine zimskog solsticija od 7°~8°. Na primjer, Zhang Caihong i drugi smatraju da prilikom izgradnje solarnih staklenika u područjima Gobi i slano-alkalnog zemljišta u Xinjiangu, projektovana dužina zadnjeg krova iznosi 1,6 m, tako da je ugao nagiba zadnjeg krova 40° u južnom Xinjiangu i 45° u sjevernom Xinjiangu. Chen Wei-Qian i drugi smatraju da zadnji krov solarnog staklenika u području Jiuquan Gobi treba da bude nagnut pod uglom od 40°. Za toplotnu izolaciju zadnjeg krova, toplotnoizolacijski kapacitet treba osigurati uglavnom odabirom toplotnoizolacijskih materijala, potrebnim dizajnom debljine i razumnim preklapanjem toplotnoizolacijskih materijala tokom izgradnje.

Smanjite gubitak toplote iz tla

Tokom zimske noći, budući da je temperatura tla u zatvorenom prostoru viša od temperature tla na otvorenom, toplina iz tla u zatvorenom prostoru prenosit će se na vanjski prostor provođenjem topline, što uzrokuje gubitak topline iz staklenika. Postoji nekoliko načina za smanjenje gubitka topline iz tla.

01 izolacija tla

Tlo pravilno tone, izbjegavajući sloj smrznutog tla i koristeći tlo za očuvanje topline. Na primjer, solarni staklenik "1448 od tri materijala i jednog tijela" koji je razvila kompanija Chai Regeneration i drugo neobrađeno zemljište u koridoru Hexi izgrađen je kopanjem 1 m duboko, efektivno izbjegavajući sloj smrznutog tla; S obzirom na to da je dubina smrznutog tla u području Turpana 0,8 m, Wang Huamin i drugi predložili su kopanje 0,8 m kako bi se poboljšao kapacitet toplinske izolacije staklenika. Kada su Zhang Guosen i drugi izgradili stražnji zid solarnog staklenika s dvostrukim lukom i dvostrukom folijom na neobradivom zemljištu, dubina kopanja bila je 1 m. Eksperiment je pokazao da je najniža temperatura noću povećana za 2~3℃ u usporedbi s tradicionalnim solarnim staklenikom druge generacije.

02 zaštita temelja od hladnoće

Glavna metoda je kopanje jarka otpornog na hladnoću duž temeljnog dijela prednjeg krova, nasipanje termoizolacijskih materijala ili kontinuirano ukopavanje termoizolacijskih materijala pod zemlju duž temeljnog zida, a sve to ima za cilj smanjenje gubitka topline uzrokovanog prijenosom topline kroz tlo na graničnom dijelu staklenika. Korišteni termoizolacijski materijali uglavnom se zasnivaju na lokalnim uvjetima na sjeverozapadu Kine i mogu se nabaviti lokalno, kao što su sijeno, zgura, kamena vuna, polistirenske ploče, kukuruzna slama, konjski gnoj, opalo lišće, slomljena trava, piljevina, korov, slama itd.

03 folija za malčiranje

Prekrivanjem plastičnom folijom, sunčeva svjetlost može doprijeti do tla kroz plastičnu foliju tokom dana, a tlo apsorbira toplinu sunca i zagrijava se. Štaviše, plastična folija može blokirati dugovalno zračenje koje se reflektira od tla, čime se smanjuje gubitak zračenja tla i povećava skladištenje topline u tlu. Noću, plastična folija može ometati konvektivnu izmjenu topline između tla i zraka u zatvorenom prostoru, čime se smanjuje gubitak topline tla. Istovremeno, plastična folija može smanjiti i gubitak latentne topline uzrokovan isparavanjem vode iz tla. Wei Wenxiang je prekrio staklenik plastičnom folijom na visoravni Qinghai, a eksperiment je pokazao da se temperatura tla može podići za oko 1℃.

Poboljšajte performanse toplotne izolacije prednjeg krova

Prednji krov staklenika je glavna površina za odvođenje toplote, a gubitak toplote čini više od 75% ukupnog gubitka toplote u stakleniku. Stoga, jačanje kapaciteta toplotne izolacije prednjeg krova staklenika može efikasno smanjiti gubitke kroz prednji krov i poboljšati zimske temperaturne uslove u stakleniku. Trenutno postoje tri glavne mjere za poboljšanje kapaciteta toplotne izolacije prednjeg krova.

01 Usvojen je višeslojni prozirni premaz.

Strukturno, korištenje dvoslojne ili troslojne folije kao površine koja propušta svjetlost može efikasno poboljšati performanse toplotne izolacije staklenika. Na primjer, Zhang Guosen i drugi su dizajnirali solarni staklenik s dvostrukim lukom i dvostrukom folijom u području Gobi u gradu Jiuquan. Vanjski dio prednjeg krova staklenika napravljen je od EVA folije, a unutrašnjost staklenika je napravljena od PVC folije protiv starenja koja ne kapa. Eksperimenti pokazuju da je, u poređenju s tradicionalnim solarnim staklenikom druge generacije, efekat toplotne izolacije izvanredan, a najniža noćna temperatura raste u prosjeku za 2~3℃. Slično tome, Zhang Jingshe i drugi su također dizajnirali solarni staklenik s dvostrukom folijom za klimatske karakteristike visokih geografskih širina i jakih hladnih područja, što je značajno poboljšalo toplotnu izolaciju staklenika. U poređenju s kontrolnim staklenikom, noćna temperatura se povećala za 3℃. Osim toga, Wu Letian i drugi su pokušali koristiti tri sloja EVA folije debljine 0,1 mm na prednjem krovu solarnog staklenika dizajniranog u pustinjskom području Hetian, Xinjiang. Višeslojna folija može efikasno smanjiti gubitak toplote prednjeg krova, ali budući da je propusnost svjetlosti jednoslojne folije u osnovi oko 90%, višeslojna folija će prirodno dovesti do slabljenja propusnosti svjetlosti. Stoga je pri odabiru višeslojne folije s propusnošću svjetlosti potrebno uzeti u obzir uslove osvjetljenja i zahtjeve za osvjetljenjem staklenika.

02 Ojačajte noćnu izolaciju prednjeg krova

Plastična folija se koristi na prednjem krovu kako bi se povećala propusnost svjetlosti tokom dana, a noću postaje najslabije mjesto u cijelom stakleniku. Stoga je prekrivanje vanjske površine prednjeg krova debelim kompozitnim termoizolacijskim pokrivačem neophodna mjera toplotne izolacije za solarne staklenike. Na primjer, u alpskoj regiji Qinghai, Liu Yanjie i drugi koristili su slamnate zavjese i kraft papir kao termoizolacijske pokrivače za eksperimente. Rezultati ispitivanja pokazali su da najniža unutrašnja temperatura u stakleniku noću može doseći iznad 7,7 ℃. Nadalje, Wei Wenxiang vjeruje da se gubitak topline staklenika može smanjiti za više od 90% korištenjem dvostrukih zavjesa od trave ili kraft papira vanjskih zavjesa od trave za toplotnu izolaciju u ovom području. Osim toga, Zou Ping i drugi koristili su termoizolacijski pokrivač od recikliranog filca u solarnom stakleniku u regiji Gobi u Xinjiangu, a Chang Meimei i drugi koristili su termoizolacijski sendvič pamučni pokrivač u solarnom stakleniku u regiji Gobi u koridoru Hexi. Trenutno postoji mnogo vrsta termoizolacijskih prekrivača koji se koriste u solarnim staklenicima, ali većina njih je napravljena od iglanog filca, pamuka s ljepilom, bisernog pamuka itd., s vodootpornim ili anti-aging površinskim slojevima s obje strane. Prema mehanizmu termoizolacije termoizolacijskog prekrivača, da bismo poboljšali njegove termoizolacijske performanse, trebali bismo početi s poboljšanjem njegove toplotne otpornosti i smanjenjem koeficijenta prijenosa topline, a glavne mjere su smanjenje toplotne provodljivosti materijala, povećanje debljine slojeva materijala ili povećanje broja slojeva materijala itd. Stoga se trenutno osnovni materijal termoizolacijskog prekrivača s visokim termoizolacijskim performansama često izrađuje od višeslojnih kompozitnih materijala. Prema ispitivanju, koeficijent prijenosa topline termoizolacijskog prekrivača s visokim termoizolacijskim performansama trenutno može doseći 0,5 W/(m2℃), što pruža bolju garanciju za toplotnu izolaciju staklenika u hladnim područjima zimi. Naravno, sjeverozapadno područje je vjetrovito i prašnjavo, a ultraljubičasto zračenje je jako, tako da bi površinski sloj termoizolacije trebao imati dobre anti-aging performanse.

03 Dodajte unutrašnju termoizolacijsku zavjesu.

Iako je prednji krov staklenika sa sunčevom svjetlošću noću prekriven vanjskim termoizolacijskim pokrivačem, što se tiče ostalih konstrukcija cijelog staklenika, prednji krov je i dalje slaba tačka za cijeli staklenik noću. Stoga je projektni tim "Strukture i tehnologija izgradnje staklenika na sjeverozapadnom neobradivom zemljištu" dizajnirao jednostavan sistem unutrašnje termoizolacije (Slika 1), čija se struktura sastoji od fiksne unutrašnje termoizolacijske zavjese na prednjem podnožju i pokretne unutrašnje termoizolacijske zavjese u gornjem prostoru. Gornja pokretna termoizolacijska zavjesa se otvara i preklapa na zadnjem zidu staklenika tokom dana, što ne utiče na osvjetljenje staklenika; fiksni termoizolacijski pokrivač na dnu igra ulogu zaptivanja noću. Dizajn unutrašnje izolacije je uredan i jednostavan za rukovanje, a može igrati i ulogu zasjenjivanja i hlađenja ljeti.

Tehnologija aktivnog zagrijavanja

Zbog niskih temperatura zimi na sjeverozapadu Kine, čak i ako se oslanjamo samo na očuvanje i skladištenje toplote u plastenicima, i dalje ne možemo zadovoljiti potrebe za prezimljavanjem usjeva u nekim hladnim vremenskim uslovima, pa su potrebne i neke mjere aktivnog zagrijavanja.

Sistem za skladištenje solarne energije i oslobađanje toplote

Važan je razlog zašto zid ima funkcije očuvanja toplote, skladištenja toplote i nošenja opterećenja, što dovodi do visokih troškova izgradnje i niske stope iskorištenosti zemljišta solarnih staklenika. Stoga će pojednostavljenje i montaža solarnih staklenika sigurno biti važan smjer razvoja u budućnosti. Među njima, pojednostavljenje funkcije zida je oslobađanje funkcije skladištenja i oslobađanja toplote zida, tako da zadnji zid nosi samo funkciju očuvanja toplote, što je efikasan način za pojednostavljenje razvoja. Na primjer, Fang Huijev aktivni sistem za skladištenje i oslobađanje toplote (Slika 2) se široko koristi u neobrađenim područjima kao što su Gansu, Ningxia i Xinjiang. Njegov uređaj za sakupljanje toplote je obješen na sjeverni zid. Tokom dana, toplota koju prikuplja uređaj za sakupljanje toplote se skladišti u tijelu za skladištenje toplote cirkulacijom medija za skladištenje toplote, a noću se toplota oslobađa i zagrijava cirkulacijom medija za skladištenje toplote, čime se ostvaruje prijenos toplote u vremenu i prostoru. Eksperimenti pokazuju da se minimalna temperatura u stakleniku može podići za 3~5℃ korištenjem ovog uređaja. Wang Zhiwei i drugi su predložili sistem grijanja vodenom zavjesom za solarne staklenike u južnom pustinjskom području Xinjianga, koji može povećati temperaturu staklenika za 2,1℃ noću.

Pored toga, Bao Encai i drugi su projektovali aktivni sistem cirkulacije skladištenja toplote za sjeverni zid. Tokom dana, cirkulacijom aksijalnih ventilatora, vrući vazduh iz zatvorenog prostora struji kroz kanal za prenos toplote ugrađen u sjeverni zid, a kanal za prenos toplote izmjenjuje toplotu sa slojem za skladištenje toplote unutar zida, što značajno poboljšava kapacitet skladištenja toplote zida. Pored toga, sistem za skladištenje toplote sa solarnom promjenom faze, koji je dizajnirao Yan Yantao i drugi, tokom dana skladišti toplotu u materijalima sa promjenom faze putem solarnih kolektora, a zatim je noću rasipa u unutrašnji vazduh putem cirkulacije vazduha, što noću može povećati prosječnu temperaturu za 2,0℃. Gore navedene tehnologije i oprema za korištenje solarne energije imaju karakteristike ekonomičnosti, uštede energije i niskog sadržaja ugljika. Nakon optimizacije i poboljšanja, trebali bi imati dobar izgled za primjenu u područjima sa obilnim resursima solarne energije na sjeverozapadu Kine.

Druge pomoćne tehnologije grijanja

01 grijanje na biomasu

Prostirka, slama, kravlji izmet, ovčiji izmet i pileći izmet se miješaju s biološkim bakterijama i zakopavaju u zemlju u stakleniku. Tokom procesa fermentacije stvara se mnogo toplote, a tokom procesa fermentacije se stvara i mnogo korisnih sojeva, organske materije i CO2. Korisni sojevi mogu inhibirati i ubiti razne klice, te mogu smanjiti pojavu bolesti i štetočina u stakleniku; organska materija može postati gnojivo za usjeve; proizvedeni CO2 može poboljšati fotosintezu usjeva. Na primjer, Wei Wenxiang je zakopao vruća organska gnojiva poput konjskog, kravljeg i ovčijeg gnojiva u zemlju u zatvorenom prostoru u solarnom stakleniku na visoravni Qinghai, što je efektivno podiglo temperaturu tla. U solarnom stakleniku u pustinjskom području Gansu, Zhou Zhilong je koristio slamu i organsko gnojivo za fermentaciju između usjeva. Test je pokazao da se temperatura staklenika može povećati za 2~3℃.

02 grijanje na ugalj

Postoje umjetne peći, bojleri koji štede energiju i grijanje. Na primjer, nakon istraživanja na visoravni Qinghai, Wei Wenxiang je otkrio da se umjetno grijanje pećima uglavnom koristi lokalno. Ova metoda grijanja ima prednosti bržeg zagrijavanja i očiglednog efekta grijanja. Međutim, u procesu sagorijevanja uglja proizvodit će se štetni plinovi poput SO2, CO i H2S, pa je potrebno dobro ispustiti štetne plinove.

03 električno grijanje

Koristite električnu grijaću žicu za grijanje prednjeg krova staklenika ili koristite električni grijač. Efekat grijanja je izuzetan, upotreba je sigurna, u stakleniku se ne stvaraju zagađivači, a oprema za grijanje se lako kontroliše. Chen Weiqian i drugi smatraju da problem oštećenja od smrzavanja zimi u području Jiuquana ometa razvoj lokalne poljoprivrede Gobija i da se električni grijaći elementi mogu koristiti za grijanje staklenika. Međutim, zbog korištenja visokokvalitetnih izvora električne energije, potrošnja energije je velika, a troškovi visoki. Predlaže se da se koristi kao privremeno sredstvo hitnog grijanja u ekstremno hladnim vremenskim uslovima.

Mjere upravljanja okolišem

U procesu proizvodnje i korištenja staklenika, kompletna oprema i normalan rad ne mogu efikasno osigurati da termalno okruženje ispunjava projektne zahtjeve. U stvari, korištenje i upravljanje opremom često igraju ključnu ulogu u formiranju i održavanju termalnog okruženja, a najvažnije od svega je svakodnevno upravljanje termoizolacijskim prostirkama i ventilacijskim otvorima.

Upravljanje termoizolacijskim pokrivačem

Termoizolacijski prekrivač je ključ noćne toplotne izolacije prednjeg krova, stoga je izuzetno važno poboljšati njegovo svakodnevno upravljanje i održavanje, posebno treba obratiti pažnju na sljedeće probleme: ①Odaberite odgovarajuće vrijeme otvaranja i zatvaranja termoizolacijskog prekrivača. Vrijeme otvaranja i zatvaranja termoizolacijskog prekrivača ne utječe samo na vrijeme osvjetljenja staklenika, već utječe i na proces grijanja u stakleniku. Prerano ili prekasno otvaranje i zatvaranje termoizolacijskog prekrivača ne pogoduje skupljanju topline. Ujutro, ako se prekrivač prerano otkrije, unutarnja temperatura će previše pasti zbog niske vanjske temperature i slabog osvjetljenja. Naprotiv, ako se prekrivač prekasno otkrije, vrijeme prijema svjetlosti u stakleniku će se skratiti, a vrijeme porasta unutarnje temperature će se odgoditi. Popodne, ako se termoizolacijski prekrivač prerano isključi, vrijeme izloženosti svjetlosti u zatvorenom prostoru će se skratiti, a skladištenje topline u tlu i zidovima zatvorenog prostora će se smanjiti. Naprotiv, ako se očuvanje topline isključi prekasno, odvođenje topline iz staklenika će se povećati zbog niske vanjske temperature i slabog osvjetljenja. Stoga, općenito govoreći, kada se termoizolacijski prekrivač uključi ujutro, preporučljivo je da temperatura poraste nakon pada od 1~2℃, dok se kada se termoizolacijski prekrivač isključi, preporučljivo je da temperatura poraste nakon pada od 1~2℃. ② Prilikom zatvaranja termoizolacijskog prekrivača, obratite pažnju da li termoizolacijski prekrivač čvrsto pokriva sve prednje krovove i na vrijeme ih podesite ako postoji razmak. ③ Nakon što je termoizolacijski prekrivač potpuno postavljen, provjerite je li donji dio zbijen, kako biste spriječili da vjetar noću podigne efekat očuvanja topline. ④ Pravovremeno provjeravajte i održavajte termoizolacijski prekrivač, posebno kada je oštećen, popravite ga ili zamijenite na vrijeme. ⑤ Pravovremeno obratite pažnju na vremenske uslove. Kada pada kiša ili snijeg, na vrijeme prekrijte termoizolacijski prekrivač i na vrijeme uklonite snijeg.

Upravljanje ventilacijskim otvorima

Svrha ventilacije zimi je podešavanje temperature zraka kako bi se izbjegla prekomjerna temperatura oko podneva; druga je eliminacija vlage u zatvorenom prostoru, smanjenje vlažnosti zraka u stakleniku i kontrola štetočina i bolesti; treća je povećanje koncentracije CO2 u zatvorenom prostoru i poticanje rasta usjeva. Međutim, ventilacija i očuvanje topline su kontradiktorne. Ako se ventilacijom ne upravlja pravilno, vjerovatno će dovesti do problema s niskim temperaturama. Stoga, kada i koliko dugo otvarati otvore za ventilaciju potrebno je dinamički podešavati u skladu s uvjetima okoline u stakleniku u bilo kojem trenutku. U sjeverozapadnim neobrađenim područjima, upravljanje otvorima za ventilaciju u stakleniku uglavnom se dijeli na dva načina: ručno upravljanje i jednostavna mehanička ventilacija. Međutim, vrijeme otvaranja i vrijeme ventilacije otvora uglavnom se zasnivaju na subjektivnoj procjeni ljudi, tako da se može dogoditi da se otvori otvore prerano ili prekasno. Kako bi riješili gore navedene probleme, Yin Yilei i drugi su dizajnirali inteligentni uređaj za ventilaciju na krovu, koji može odrediti vrijeme otvaranja i veličinu otvaranja i zatvaranja ventilacijskih otvora u skladu s promjenama u zatvorenom prostoru. S produbljivanjem istraživanja zakona promjena okoliša i potražnje za usjevima, kao i popularizacijom i napretkom tehnologija i opreme kao što su percepcija okoliša, prikupljanje informacija, analiza i kontrola, automatizacija upravljanja ventilacijom u solarnim staklenicima trebala bi biti važan smjer razvoja u budućnosti.

Druge mjere upravljanja

U procesu korištenja različitih vrsta folija za zaštitu od svjetlosti, njihov kapacitet propusnosti svjetlosti će postepeno slabiti, a brzina slabljenja nije povezana samo s njihovim fizičkim svojstvima, već i s okolnim okruženjem i upravljanjem tokom upotrebe. U procesu upotrebe, najvažniji faktor koji dovodi do smanjenja performansi propusnosti svjetlosti je zagađenje površine folije. Stoga je izuzetno važno redovno čistiti i čistiti kada uslovi to dozvoljavaju. Pored toga, treba redovno provjeravati konstrukciju zatvorenog prostora staklenika. Kada dođe do curenja u zidu i prednjem krovu, treba ga popraviti na vrijeme kako bi se spriječilo da staklenik bude izložen uticaju hladnog zraka.

Postojeći problemi i smjer razvoja

Istraživači su dugi niz godina istraživali i proučavali tehnologiju očuvanja i skladištenja toplote, tehnologiju upravljanja i metode zagrijavanja plastenika u neobrađenim područjima sjeverozapadne Kine, što je u osnovi omogućilo prezimljavanje proizvodnje povrća, značajno poboljšalo sposobnost plastenika da se odupre oštećenjima uzrokovanim niskim temperaturama i u osnovi omogućilo prezimljavanje proizvodnje povrća. To je dalo historijski doprinos ublažavanju kontradikcije između hrane i povrća koji se takmiče za zemljište u Kini. Međutim, i dalje postoje sljedeći problemi u tehnologiji garantovanja temperature u sjeverozapadnoj Kini.

Vrste staklenika koje treba nadograditi

Trenutno su uobičajene vrste staklenika izgrađene krajem 20. i početkom ovog stoljeća, s jednostavnom strukturom, nerazumnim dizajnom, lošom sposobnošću održavanja toplinske klime staklenika i otpornosti na prirodne katastrofe, te nedostatkom standardizacije. Stoga bi u budućem dizajnu staklenika, oblik i nagib prednjeg krova, azimutni ugao staklenika, visina stražnjeg zida, dubina uranjanja staklenika itd. trebali biti standardizirani potpunim kombiniranjem lokalnih geografskih širina i klimatskih karakteristika. Istovremeno, u stakleniku se može saditi samo jedna kultura koliko god je to moguće, tako da se standardizirano usklađivanje staklenika može provesti prema svjetlosnim i temperaturnim zahtjevima zasađenih kultura.

Razmjere staklenika su relativno male.

Ako je veličina staklenika premala, to će utjecati na stabilnost termalnog okruženja staklenika i razvoj mehanizacije. S postepenim povećanjem troškova rada, razvoj mehanizacije je važan smjer u budućnosti. Stoga bismo se u budućnosti trebali bazirati na lokalnom nivou razvoja, uzeti u obzir potrebe razvoja mehanizacije, racionalno dizajnirati unutrašnji prostor i raspored staklenika, ubrzati istraživanje i razvoj poljoprivredne opreme pogodne za lokalna područja i poboljšati stopu mehanizacije proizvodnje u staklenicima. Istovremeno, u skladu s potrebama usjeva i obrascima uzgoja, odgovarajuća oprema treba biti usklađena sa standardima, a treba promovirati integrirano istraživanje i razvoj, inovacije i popularizaciju opreme za ventilaciju, smanjenje vlažnosti, očuvanje topline i grijanje.

Debljina zidova poput pješčanih i šupljih blokova je i dalje velika.

Ako je zid predebeo, iako je izolacijski efekat dobar, to će smanjiti iskorištenost tla, povećati troškove i otežati gradnju. Stoga, u budućem razvoju, s jedne strane, debljina zida može se naučno optimizirati u skladu s lokalnim klimatskim uslovima; s druge strane, trebali bismo promovirati lagan i pojednostavljen razvoj zadnjeg zida, tako da zadnji zid staklenika zadrži samo funkciju očuvanja toplote, koristeći solarne kolektore i drugu opremu za zamjenu skladištenja i oslobađanja toplote zida. Solarni kolektori imaju karakteristike visoke efikasnosti prikupljanja toplote, snažnog kapaciteta prikupljanja toplote, uštede energije, niskog sadržaja ugljika i tako dalje, a većina njih može ostvariti aktivnu regulaciju i kontrolu, te može provoditi ciljano egzotermno zagrijavanje u skladu s ekološkim zahtjevima staklenika noću, s većom efikasnošću korištenja toplote.

Potrebno je razviti posebnu termoizolacijsku prošivenu deku.

Prednji krov je glavno tijelo za odvođenje toplote u stakleniku, a performanse toplotne izolacije termoizolacionog prekrivača direktno utiču na unutrašnje termičko okruženje. Trenutno, temperatura u stakleniku u nekim područjima nije dobra, dijelom zato što je termoizolacioni prekrivač previše tanak, a performanse toplotne izolacije materijala su nedovoljne. Istovremeno, termoizolacioni prekrivač i dalje ima neke probleme, kao što su slaba vodootpornost i otpornost na skijanje, lako starenje površinskih i jezgrenih materijala itd. Stoga bi u budućnosti trebalo naučno odabrati odgovarajuće termoizolacijske materijale prema lokalnim klimatskim karakteristikama i zahtjevima, te dizajnirati i razviti posebne termoizolacijske proizvode pogodne za lokalnu upotrebu i popularizaciju.

KRAJ

Citirane informacije

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, itd. Status istraživanja tehnologije garantovanja temperature okoline u solarnim staklenicima na neobrađenom zemljištu na sjeverozapadu [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022,42(28):12-20.