Li Jianming, Sun Guotao, etc.Växthus trädgårdsodling jordbruksteknik teknik2022-11-21 17:42 Publicerad i Peking

Under de senaste åren har växthusindustrin utvecklats kraftigt.Utvecklingen av växthus förbättrar inte bara markutnyttjandet och produktionshastigheten för jordbruksprodukter, utan löser också utbudsproblemet med frukt och grönsaker under lågsäsong.Växthuset har dock också stött på oöverträffade utmaningar.De ursprungliga anläggningarna, uppvärmningsmetoderna och strukturformerna har skapat motstånd mot miljö och utveckling.Nya material och ny design behövs akut för att förändra växthusstrukturen, och nya energikällor behövs akut för att uppnå syftena med energibesparing och miljöskydd samt öka produktion och inkomst.

Den här artikeln diskuterar temat "ny energi, nya material, ny design för att hjälpa den nya revolutionen av växthus", inklusive forskning och innovation av solenergi, biomassaenergi, geotermisk energi och andra nya energikällor i växthus, forskning och tillämpning av nya material för beläggning, värmeisolering, väggar och annan utrustning, och framtidsutsikter och tänkande om ny energi, nya material och ny design för att hjälpa växthusreformen, för att ge referens för industrin.

Att utveckla anläggningsjordbruket är det politiska kravet och det oundvikliga valet för att genomföra andan i de viktiga instruktionerna och statens beslutsfattande.År 2020 kommer det totala området för skyddat jordbruk i Kina att vara 2,8 miljoner hm2, och produktionsvärdet kommer att överstiga 1 biljon yuan.Det är ett viktigt sätt att förbättra växthusproduktionskapaciteten för att förbättra växthusbelysning och värmeisoleringsprestanda genom ny energi, nya material och ny växthusdesign.Det finns många nackdelar med traditionell växthusproduktion, såsom kol, eldningsolja och andra energikällor som används för uppvärmning och uppvärmning i traditionella växthus, vilket resulterar i en stor mängd dioxidgas, som allvarligt förorenar miljön, samtidigt som naturgas, elenergi och andra energikällor ökar driftskostnaderna för växthus.Traditionella värmelagringsmaterial för växthusväggar är mestadels lera och tegel, som förbrukar mycket och orsakar allvarlig skada på markresurserna.Markanvändningseffektiviteten för traditionella solcellsväxthus med jordvägg är bara 40% ~ 50%, och det vanliga växthuset har dålig värmelagringskapacitet, så det kan inte överleva vintern för att producera varma grönsaker i norra Kina.Därför ligger kärnan i att främja växthusförändring, eller grundforskning, i växthusdesign, forskning och utveckling av nya material och ny energi.Denna artikel kommer att fokusera på forskning och innovation av nya energikällor i växthus, sammanfatta forskningsstatusen för nya energikällor som solenergi, biomassaenergi, geotermisk energi, vindenergi och nya transparenta täckmaterial, värmeisoleringsmaterial och väggmaterial i växthus, analysera användningen av ny energi och nya material i byggandet av nya växthus, och ser fram emot deras roll i den framtida utvecklingen och omvandlingen av växthus.

Forskning och innovation av nytt energiväxthus

Den gröna nya energin med störst jordbruksutnyttjandepotential inkluderar solenergi, geotermisk energi och biomassaenergi, eller heltäckande utnyttjande av en mängd nya energikällor, för att uppnå effektiv energianvändning genom att lära av varandras starka sidor.

solenergi/kraft

Solenergiteknik är ett koldioxidsnålt, effektivt och hållbart energiförsörjningsläge, och det är en viktig komponent i Kinas strategiska framväxande industrier.Det kommer att bli ett oundvikligt val för omvandlingen och uppgraderingen av Kinas energistruktur i framtiden.Ur energiutnyttjandesynpunkt är själva växthuset en anläggningsstruktur för solenergiutnyttjande.Genom växthuseffekten samlas solenergin inomhus, temperaturen i växthuset höjs och den värme som behövs för växtodlingen tillhandahålls.Den huvudsakliga energikällan för fotosyntes av växthusväxter är direkt solljus, vilket är det direkta utnyttjandet av solenergi.

01 Solceller för att generera värme

Fotovoltaisk kraftgenerering är en teknik som direkt omvandlar ljusenergi till elektrisk energi baserat på fotovoltaisk effekt.Nyckelelementet i denna teknik är solceller.När solenergi lyser på samlingen av solpaneler i serie eller parallellt, omvandlar halvledarkomponenter direkt solstrålningsenergi till elektrisk energi.Solcellsteknik kan direkt omvandla ljusenergi till elektrisk energi, lagra el genom batterier och värma upp växthuset på natten, men dess höga kostnad begränsar dess vidare utveckling.Forskargruppen utvecklade en fotovoltaisk grafenuppvärmningsanordning, som består av flexibla solcellspaneler, en allt-i-ett backstyrningsmaskin, ett ackumulatorbatteri och en grafenvärmestav.Beroende på längden på planteringslinjen är grafenvärmestaven begravd under substratpåsen.Under dagen absorberar solcellspanelerna solstrålning för att generera elektricitet och lagra den i ackumulatorbatteriet och sedan frigörs elen på natten till grafenvärmestaven.I den faktiska mätningen används temperaturkontrollläget för att starta vid 17 ℃ och stänga vid 19 ℃.Körs på natten (20:00-08:00 den andra dagen) i 8 timmar, energiförbrukningen för att värma en enskild rad med växter är 1,24 kW·h, och medeltemperaturen på substratpåsen på natten är 19,2 ℃, vilket är 3,5 ~ 5,3 ℃ högre än kontrollen.Denna uppvärmningsmetod i kombination med solceller löser problemen med hög energiförbrukning och höga föroreningar vid uppvärmning av växthus på vintern.

02 fototermisk omvandling och användning

Fototermisk solomvandling avser användningen av en speciell solljusuppsamlingsyta gjord av fototermiska omvandlingsmaterial för att samla in och absorbera så mycket solenergi som utstrålas på den som möjligt och omvandla den till värmeenergi.Jämfört med solcellsapplikationer ökar fototermiska solenergiapplikationer absorptionen av nära-infrarött band, så det har högre energiutnyttjandeeffektivitet av solljus, lägre kostnad och mogen teknik, och är det mest använda sättet att utnyttja solenergi.

Den mest mogna tekniken för fototermisk omvandling och användning i Kina är solfångaren, vars kärnkomponent är den värmeabsorberande plattkärnan med selektiv absorptionsbeläggning, som kan omvandla solstrålningsenergin som passerar genom täckplattan till värmeenergi och överföra det till det värmeabsorberande arbetsmediet.Solfångare kan delas in i två kategorier beroende på om det finns ett vakuumutrymme i solfångaren eller inte: platta solfångare och vakuumrörsolfångare;koncentrerande solfångare och icke-koncentrerande solfångare beroende på om solinstrålningen vid dagsljusporten ändrar riktning;och flytande solfångare och luftsolfångare beroende på typen av värmeöverföringsarbetsmedium.

Solenergiutnyttjandet i växthus sker huvudsakligen genom olika typer av solfångare.Ibn Zor University i Marocko har utvecklat ett aktivt solenergiuppvärmningssystem (ASHS) för växthusuppvärmning, vilket kan öka den totala tomatproduktionen med 55 % på vintern.China Agricultural University har designat och utvecklat en uppsättning av uppsamlings- och urladdningssystem för ytkylarfläktar, med en värmeuppsamlingskapacitet på 390,6–693,0 MJ, och lagt fram idén om att separera värmeuppsamlingsprocessen från värmelagringsprocessen med värmepump.Universitetet i Bari i Italien har utvecklat ett polygeneration värmesystem för växthus, som består av ett solenergisystem och en luft-vattenvärmepump, och kan öka lufttemperaturen med 3,6 % och marktemperaturen med 92 %.Forskargruppen har utvecklat en sorts aktiv solvärmeuppsamlingsutrustning med variabel lutningsvinkel för solcellsväxthus, och en stödjande värmelagringsenhet för växthusvattenförekomst över vädret.Aktiv solvärmeuppsamlingsteknik med variabel lutning bryter igenom begränsningarna hos traditionell växthusvärmeuppsamlingsutrustning, såsom begränsad värmeuppsamlingskapacitet, skuggning och ockupation av odlad mark.Genom att använda den speciella växthusstrukturen för solväxthus utnyttjas växthusets icke-planteringsutrymme fullt ut, vilket avsevärt förbättrar utnyttjandeeffektiviteten för växthusutrymmet.Under typiska soliga arbetsförhållanden når det aktiva solvärmeuppsamlingssystemet med variabel lutning 1,9 MJ/(m2h), energiutnyttjandet når 85,1 % och energibesparingsgraden är 77 %.I växthusvärmelagringstekniken är den flerfasiga värmelagringsstrukturen inställd, värmelagringskapaciteten för värmelagringsanordningen ökas och den långsamma frigöringen av värme från enheten realiseras, för att förverkliga en effektiv användning av värmen som samlas in av växthusets solvärmeuppsamlingsutrustning.

biomassa energi

En ny anläggningsstruktur byggs genom att den biomassavärmeproducerande enheten kombineras med växthuset, och biomassaråvarorna som grisgödsel, svamprester och halm komposteras för att brygga värme och den genererade värmeenergin tillförs direkt till växthuset [ 5].Jämfört med växthuset utan biomassajäsningsuppvärmningstank, kan uppvärmningsväxthuset effektivt öka marktemperaturen i växthuset och bibehålla rätt temperatur på rötterna av grödor som odlas i jorden i det normala klimatet på vintern.Ta ett växthus med asymmetrisk värmeisolering i ett lager med en spännvidd på 17 m och en längd på 30 m som ett exempel, tillsätt 8 m jordbruksavfall (tomathalm och grisgödsel blandat) i jäsningstanken inomhus för naturlig jäsning utan att vända på högen. öka den genomsnittliga dagliga temperaturen i växthuset med 4,2 ℃ på vintern, och den genomsnittliga dagliga lägsta temperaturen kan nå 4,6 ℃.

Energianvändning av biomassakontrollerad jäsning är en jäsningsmetod som använder instrument och utrustning för att styra jäsningsprocessen för att snabbt få och effektivt utnyttja biomassavärmeenergi och CO2-gasgödsel, bland vilka ventilation och fukt är nyckelfaktorerna för att reglera jäsningsvärmen och gasproduktion av biomassa.Under ventilerade förhållanden använder aeroba mikroorganismer i jäsningshögen syre för livsaktiviteter, och en del av den genererade energin används för sina egna livsaktiviteter, och en del av energin släpps ut i miljön som värmeenergi, vilket är fördelaktigt för temperaturen miljöns uppgång.Vatten deltar i hela jäsningsprocessen, tillhandahåller nödvändiga lösliga näringsämnen för mikrobiella aktiviteter, och släpper samtidigt värmen från högen i form av ånga genom vatten, för att sänka högens temperatur, förlänga livslängden av högen. mikroorganismer och öka bulktemperaturen på högen.Installation av halmurlakningsanordning i jäsningstanken kan öka inomhustemperaturen med 3 ~ 5 ℃ på vintern, stärka växternas fotosyntes och öka tomatutbytet med 29,6%.

Geotermisk energi

Kina är rikt på geotermiska resurser.För närvarande är det vanligaste sättet för jordbruksanläggningar att utnyttja geotermisk energi att använda bergvärmepump, som kan överföra från lågvärdig värmeenergi till högvärdig värmeenergi genom att tillföra en liten mängd högkvalitativ energi (t.ex. elektrisk energi).Till skillnad från de traditionella växthusuppvärmningsåtgärderna kan bergvärmepumpsuppvärmning inte bara uppnå betydande värmeeffekt, utan också ha förmågan att kyla växthuset och minska luftfuktigheten i växthuset.Tillämpningsforskningen av bergvärmepumpar inom bostadsbyggande är mogen.Kärndelen som påverkar uppvärmnings- och kylkapaciteten hos bergvärmepumpen är den underjordiska värmeväxlarmodulen, som huvudsakligen inkluderar nedgrävda rör, underjordiska brunnar etc. Hur man utformar ett underjordiskt värmeväxlingssystem med en balanserad kostnad och effekt har alltid varit forskningsfokus för denna del.Samtidigt påverkar förändringen av temperaturen i det underjordiska jordskiktet i tillämpningen av bergvärmepump också användningseffekten av värmepumpsystemet.Att använda bergvärmepumpen för att kyla växthuset på sommaren och lagra värmeenergin i det djupa jordlagret kan lindra temperaturfallet i det underjordiska jordlagret och förbättra värmeproduktionseffektiviteten hos bergvärmepumpen på vintern.

För närvarande, i forskningen om prestanda och effektivitet hos bergvärmepumpar, genom de faktiska experimentella data, etableras en numerisk modell med programvara som TOUGH2 och TRNSYS, och man drar slutsatsen att värmeprestanda och prestandakoefficient (COP ) av bergvärmepumpen kan nå 3,0 ~ 4,5, vilket har en bra kyl- och värmeeffekt.I forskningen om driftstrategin för värmepumpssystemet fann Fu Yunzhun och andra att jämfört med flödet på lastsidan har markkällans sidoflöde en större inverkan på enhetens prestanda och värmeöverföringsprestanda hos det nedgrävda röret .Under tillståndet av flödesinställning kan enhetens maximala COP-värde nå 4,17 genom att anta driftschemat för drift i 2 timmar och stoppa i 2 timmar;Shi Huixian et.antog ett intermittent driftläge för kylsystem för vattenlagring.På sommaren, när temperaturen är hög, kan COP för hela energiförsörjningssystemet nå 3,80.

Djup jordvärmelagringsteknik i växthus

Djup jordvärmelagring i växthus kallas även "värmelagringsbank" i växthus.Kylskador på vintern och hög temperatur på sommaren är de främsta hindren för växthusproduktion.Baserat på den starka värmelagringskapaciteten hos djup jord, designade forskargruppen ett underjordiskt växthus för djup värmelagring.Enheten är en parallell värmeöverföringsrörledning med två skikt som är begravd på ett djup av 1,5–2,5 m under jord i växthuset, med ett luftintag i toppen av växthuset och ett luftutlopp på marken.När temperaturen i växthuset är hög tvångspumpas inomhusluften ner i marken av en fläkt för att åstadkomma värmelagring och temperatursänkning.När temperaturen i växthuset är låg utvinns värme från jorden för att värma upp växthuset.Produktions- och appliceringsresultaten visar att enheten kan öka växthustemperaturen med 2,3 ℃ på vinternatten, sänka inomhustemperaturen med 2,6 ℃ på sommardagen och öka tomatutbytet med 1500 kg på 667 m².Enheten utnyttjar till fullo egenskaperna "varm på vintern och sval på sommaren" och "konstant temperatur" i djup underjordisk jord, tillhandahåller en "energitillgångsbank" för växthuset och fullföljer kontinuerligt hjälpfunktionerna för kylning och uppvärmning av växthus. .

Multienergisamordning

Att använda två eller flera energislag för att värma upp växthuset kan effektivt kompensera för nackdelarna med en enda energityp, och ge spel åt superpositionseffekten "ett plus ett är större än två".Det kompletterande samarbetet mellan geotermisk energi och solenergi är en forskningshotspot för nytt energianvändning i jordbruksproduktionen de senaste åren.Emmi et.studerat ett energisystem med flera källor (Figur 1), som är utrustat med en solfångare och en solfångare.Jämfört med det vanliga luft-vattenvärmepumpsystemet förbättras energieffektiviteten för energisystemet med flera källor med 16% ~ 25%.Zheng et.utvecklat en ny typ av kopplat värmelagringssystem av solenergi och bergvärmepump.Solfångarsystemet kan realisera högkvalitativ säsongslagring av värme, det vill säga högkvalitativ uppvärmning på vintern och högkvalitativ kyla på sommaren.Den nedgrävda rörvärmeväxlaren och den intermittenta värmelagringstanken kan alla fungera bra i systemet, och systemets COP-värde kan nå 6,96.

I kombination med solenergi syftar det till att minska förbrukningen av kommersiell kraft och förbättra stabiliteten för solenergiförsörjningen i växthus.Wan Ya et.lägga fram ett nytt intelligent styrteknikschema för att kombinera solenergiproduktion med kommersiell kraft för uppvärmning av växthus, som kan använda solcellskraft när det finns ljus, och förvandla den till kommersiell kraft när det inte finns något ljus, vilket kraftigt minskar belastningskraftsbristen och minska den ekonomiska kostnaden utan att använda batterier.

Solenergi, biomassaenergi och elenergi kan tillsammans värma upp växthus, vilket också kan uppnå hög uppvärmningseffektivitet.Zhang Liangrui och andra kombinerade solar vakuumrör värmeuppsamling med dalen el värme lagringsvattentank.Växthusvärmesystemet har god termisk komfort, och systemets genomsnittliga uppvärmningseffektivitet är 68,70 %.Den elektriska värmelagringsvattentanken är en biomassavärmevattenlagringsanordning med elvärme.Den lägsta temperaturen för vatteninloppet vid uppvärmningsänden ställs in, och systemets driftsstrategi bestäms enligt vattenlagringstemperaturen för solvärmeuppsamlingsdelen och biomassavärmelagringsdelen, för att uppnå stabil uppvärmningstemperatur vid uppvärmning avsluta och spara elektrisk energi och biomassa energimaterial i största möjliga utsträckning.

Innovativ forskning och tillämpning av nya växthusmaterial

Med utvidgningen av växthusområdet avslöjas applikationsnackdelarna med traditionella växthusmaterial som tegel och jord alltmer.Därför, för att ytterligare förbättra växthusets termiska prestanda och möta utvecklingsbehoven hos moderna växthus, finns det många undersökningar och tillämpningar av nya transparenta täckmaterial, värmeisoleringsmaterial och väggmaterial.

Forskning och tillämpning av nya transparenta täckmaterial

Typerna av transparenta täckmaterial för växthus inkluderar främst plastfilm, glas, solpanel och solcellspanel, bland vilka plastfilm har det största användningsområdet.Den traditionella PE-filmen för växthus har defekterna kort livslängd, icke-nedbrytning och enkel funktion.För närvarande har en mängd nya funktionella filmer utvecklats genom tillsats av funktionella reagens eller beläggningar.

Ljuskonverteringsfilm:Ljusomvandlingsfilmen ändrar filmens optiska egenskaper genom att använda ljusomvandlingsmedel som sällsynta jordartsmetaller och nanomaterial, och kan omvandla området med ultraviolett ljus till rött orange ljus och blåviolett ljus som krävs av växternas fotosyntes, vilket ökar skörden och minskar skadorna av ultraviolett ljus på grödor och växthusfilmer i plastväxthus.Till exempel kan den bredbandiga lila-till-röda växthusfilmen med VTR-660 ljusomvandlingsmedel avsevärt förbättra den infraröda transmittansen när den appliceras i växthus, och jämfört med kontrollväxthuset, tomatskörd per hektar, vitamin C och lykopenhalt har ökat markant med 25,71 %, 11,11 % respektive 33,04 %.Men för närvarande måste livslängden, nedbrytbarheten och kostnaden för den nya ljuskonverteringsfilmen fortfarande studeras.

Utspridda glas: Spridd glas i växthus är ett speciellt mönster och antireflektionsteknik på glasets yta, som kan maximera solljuset till spritt ljus och komma in i växthuset, förbättra fotosynteseffektiviteten hos grödor och öka skördeutbytet.Spridande glas förvandlar ljuset som kommer in i växthuset till spritt ljus genom speciella mönster, och det spridda ljuset kan bestrålas mer jämnt in i växthuset, vilket eliminerar skelettets skugginverkan på växthuset.Jämfört med vanligt floatglas och ultravitt floatglas är standarden för ljustransmittansen för spridningsglas 91,5 % och för vanligt floatglas 88 %.För varje 1% ökning av ljusgenomsläppligheten inne i växthuset kan avkastningen ökas med cirka 3%, och det lösliga sockret och vitamin C i frukt och grönsaker har ökat.Spridningsglas i växthus beläggs först och härdas sedan, och självexplosionshastigheten är högre än den nationella standarden och når 2‰.

Forskning och tillämpning av nya värmeisoleringsmaterial

De traditionella värmeisoleringsmaterialen i växthus inkluderar huvudsakligen halmmatta, papperstäcke, nålad filt värmeisolering, etc., som främst används för invändig och extern värmeisolering av tak, väggisolering och värmeisolering av vissa värmelagrings- och värmeuppsamlingsanordningar .De flesta av dem har defekten att förlora värmeisoleringsprestanda på grund av intern fukt efter långvarig användning.Därför finns det många tillämpningar av nya högvärmeisoleringsmaterial, bland vilka det nya värmeisoleringstäcket, värmelagrings- och värmeuppsamlingsanordningarna är forskningsfokus.

Nya värmeisoleringsmaterial tillverkas vanligtvis genom att bearbeta och blanda ytvattentäta och åldringsbeständiga material som vävd film och belagd filt med fluffiga värmeisoleringsmaterial som spraybelagd bomull, diverse kashmir och pärlbomull.Ett vävt filmspraybelagt värmeisoleringstäcke av bomull testades i nordöstra Kina.Det visade sig att tillsats av 500 g spraybelagd bomull motsvarade värmeisoleringsprestandan hos 4500 g svart värmeisolerande filt på marknaden.Under samma förhållanden förbättrades värmeisoleringsprestandan för 700 g spraybelagd bomull med 1~2 ℃ jämfört med den för 500 g spraybelagd värmeisolerande bomullstäcke.Samtidigt fann andra studier också att jämfört med de vanligaste värmeisoleringstäckena på marknaden, är värmeisoleringseffekten av spraybelagd bomull och diverse värmeisoleringstäcken i kashmir bättre, med värmeisoleringsgraden på 84,0 % och 83,3 %respektive.När den kallaste utomhustemperaturen är -24,4 ℃ kan inomhustemperaturen nå 5,4 respektive 4,2 ℃.Jämfört med isoleringstäcket med en enda halmfilt har det nya kompositisoleringstäcket fördelarna med låg vikt, hög isoleringsgrad, stark vattentäthet och åldringsbeständighet och kan användas som en ny typ av högeffektivt isoleringsmaterial för solcellsväxthus.

Samtidigt, enligt forskningen om värmeisoleringsmaterial för växthusvärmeuppsamlings- och lagringsanordningar, har det också visat sig att när tjockleken är densamma har flerskikts sammansatta värmeisoleringsmaterial bättre värmeisoleringsprestanda än enstaka material.Professor Li Jianmings team från Northwest A&F University designade och undersökte 22 typer av värmeisoleringsmaterial för lagringsenheter för växthusvatten, såsom vakuumskivor, aerogel och gummibomull, och mätte deras värmeegenskaper.Resultaten visade att 80 mm värmeisoleringsbeläggning+aerogel+gummi-plast värmeisolerande bomullskompositisoleringsmaterial kunde minska värmeavledningen med 0,367 MJ per tidsenhet jämfört med 80 mm gummi-plastbomull, och dess värmeöverföringskoefficient var 0,283W/(m2) ·k) när tjockleken på isoleringskombinationen var 100 mm.

Fasförändringsmaterial är en av de heta punkterna inom växthusmaterialforskning.Northwest A&F University har utvecklat två typer av lagringsenheter för fasförändringsmaterial: den ena är en förvaringslåda gjord av svart polyeten, som har en storlek på 50 cm × 30 cm × 14 cm (längd × höjd × tjocklek) och är fylld med fasförändringsmaterial, så att den kan lagra värme och avge värme;För det andra utvecklas en ny typ av fasförändringsskiva.Fasväxlingsväggskivan består av fasväxlingsmaterial, aluminiumplåt, aluminium-plastplåt och aluminiumlegering.Fasförändringsmaterialet är placerat på väggskivans mest centrala position och dess specifikation är 200 mm×200 mm×50 mm.Det är ett pulverformigt fast ämne före och efter fasbyte, och det finns inget fenomen med smältning eller flytning.De fyra väggarna i fasförändringsmaterialet är aluminiumplåt respektive aluminium-plastplåt.Den här enheten kan realisera funktionerna för att huvudsakligen lagra värme under dagen och huvudsakligen avge värme på natten.

Därför finns det vissa problem vid appliceringen av enstaka värmeisoleringsmaterial, såsom låg värmeisoleringseffektivitet, stor värmeförlust, kort värmelagringstid, etc. Använd därför sammansatt värmeisoleringsmaterial som värmeisoleringsskikt och inomhus och utomhus värmeisolering täckskikt av värmelagringsanordning kan effektivt förbättra värmeisoleringsprestandan i växthuset, minska värmeförlusten i växthuset och därmed uppnå effekten av att spara energi.

Forskning och tillämpning av New Wall

Som en slags inhägnadskonstruktion är väggen en viktig barriär för växthusets köldskydd och värmebevarande.Enligt väggmaterial och strukturer kan utvecklingen av växthusets norra vägg delas in i tre typer: enskiktsväggen gjord av jord, tegel, etc., och den skiktade norra väggen gjord av lertegel, blocktegel, polystyrenskivor etc. med inre värmelagring och yttre värmeisolering, och de flesta av dessa väggar är tidskrävande och arbetskrävande;Därför har det på senare år dykt upp många nya typer av väggar, som är lätta att bygga och lämpar sig för snabb montering.

Framväxten av nymonterade väggar främjar den snabba utvecklingen av sammansatta växthus, inklusive kompositväggar av ny typ med yttre vattentäta och anti-åldrande ytmaterial och material som filt, pärlbomull, rymdbomull, glasbomull eller återvunnen bomull som värme isoleringsskikt, såsom flexibla sammansatta väggar av spraybondad bomull i Xinjiang.Dessutom har andra studier också rapporterat om den norra väggen av ett monterat växthus med värmelagringsskikt, såsom tegelfyllda veteskalmortelblock i Xinjiang.Under samma yttre miljö, när den lägsta utomhustemperaturen är -20,8 ℃, är temperaturen i solcellsväxthuset med kompositvägg med veteskalmortelblock 7,5 ℃, medan temperaturen i solväxthuset med tegelbetongvägg är 3,2 ℃.Skördetiden för tomat i tegelväxthus kan förlängas med 16 dagar, och skörden av enstaka växthus kan ökas med 18,4%.

Anläggningsteamet vid Northwest A&F University lade fram designidén att göra halm, jord, vatten, sten och fasförändringsmaterial till värmeisolerings- och värmelagringsmoduler från ljusets vinkel och förenklad väggdesign, vilket främjade tillämpningsforskningen av modulärt monterade vägg.Till exempel, jämfört med ett vanligt växthus med tegelväggar, är medeltemperaturen i växthuset 4,0 ℃ högre en typisk solig dag.Tre typer av oorganiska fasförändringscementmoduler, som är gjorda av fasförändringsmaterial (PCM) och cement, har ackumulerat värme på 74,5, 88,0 och 95,1 MJ/m³och frigjord värme på 59,8, 67,8 och 84,2 MJ/m³, respektive.De har funktionerna att "toppskära" på dagtid, "dalfylla" på natten, absorbera värme på sommaren och avge värme på vintern.

Dessa nya väggar monteras på plats, med kort byggtid och lång livslängd, vilket skapar förutsättningar för uppförande av lätta, förenklade och snabbt monterade prefabricerade växthus, och kan i hög grad främja strukturreformen av växthus.Det finns dock några defekter i denna typ av vägg, såsom den spraybundna bomullsvärmeisolerande täckeväggen har utmärkt värmeisoleringsförmåga, men saknar värmelagringskapacitet, och fasförändringsbyggnadsmaterialet har problemet med höga användningskostnader.I framtiden bör tillämpningsforskningen av monterad vägg stärkas.

Ny energi, nya material och ny design hjälper växthusstrukturen att förändras.

Forskning och innovation av ny energi och nya material utgör grunden för designinnovation av växthus.Energibesparande solcellsväxthus och valvskjul är de största skjulstrukturerna i Kinas jordbruksproduktion, och de spelar en viktig roll i jordbruksproduktionen.Men med utvecklingen av Kinas sociala ekonomi presenteras bristerna i de två typerna av anläggningsstrukturer alltmer.För det första är utrymmet för anläggningsstrukturer litet och graden av mekanisering låg;För det andra har det energibesparande solcellsväxthuset bra värmeisolering, men markanvändningen är låg, vilket motsvarar att ersätta växthusenergin med mark.Vanligt valvskjul har inte bara litet utrymme, utan har också dålig värmeisolering.Även om flerspannsväxthuset har stort utrymme har det dålig värmeisolering och hög energiförbrukning.Därför är det absolut nödvändigt att forska och utveckla växthusstrukturen som är lämplig för Kinas nuvarande sociala och ekonomiska nivå, och forskning och utveckling av ny energi och nya material kommer att hjälpa växthusstrukturen att förändras och producera en mängd innovativa växthusmodeller eller strukturer.

Innovativ forskning om asymmetriskt vattenkontrollerat brygghus med stort spann

Det asymmetriska, vattenkontrollerade brygghuset med stor spännvidd (patentnummer: ZL 201220391214.2) är baserat på principen om solljusväxthus, vilket ändrar den symmetriska strukturen hos ett vanligt plastväxthus, ökar det södra spannet, ökar belysningsområdet på det södra taket, minskar den norra spännvidden och minskar värmeavledningsområdet, med en spännvidd på 18~24m och en åshöjd på 6~7m.Genom designinnovation har den rumsliga strukturen ökat avsevärt.Samtidigt löses problemen med otillräcklig värme i växthus på vintern och dålig värmeisolering av vanliga värmeisoleringsmaterial genom att använda ny teknik för biomassabryggning av värme och värmeisoleringsmaterial.Produktions- och forskningsresultaten visar att det asymmetriska, vattenkontrollerade växthuset med stor spännvidd, med en medeltemperatur på 11,7 ℃ på soliga dagar och 10,8 ℃ på molniga dagar, kan möta efterfrågan på växtodling på vintern och byggkostnaden för växthuset minskar med 39,6 % och markutnyttjandet ökas med mer än 30 % jämfört med växthuset i polystyren tegelvägg, som är lämpligt för ytterligare popularisering och tillämpning i den gula floden Huaihe i Kina.

Monterat solljusväxthus

Monterat solljusväxthus tar pelare och takskelett som bärande struktur, och dess väggmaterial är huvudsakligen värmeisolerande hölje, istället för lager och passiv värmelagring och frigöring.Främst: (1) en ny typ av monterad vägg bildas genom att kombinera olika material såsom belagd film eller färg stålplåt, halmblock, flexibelt värmeisoleringstäcke, murbruksblock, etc. (2) kompositväggskiva gjord av prefabricerad cementskiva -polystyrenskiva-cementskiva;(3) Lätt och enkel monteringstyp av värmeisoleringsmaterial med aktivt värmelagrings- och frigöringssystem och avfuktningssystem, såsom värmelagring med kvadratisk plasthink och värmelagring i rörledningar.Att använda olika nya värmeisoleringsmaterial och värmelagringsmaterial istället för traditionell jordvägg för att bygga solcellsväxthus har stort utrymme och liten anläggningsteknik.De experimentella resultaten visar att temperaturen i växthuset på natten på vintern är 4,5 ℃ högre än för det traditionella växthuset med tegelväggar, och tjockleken på bakväggen är 166 mm.Jämfört med det 600 mm tjocka växthuset med tegelväggar minskar den ockuperade ytan av väggen med 72%, och kostnaden per kvadratmeter är 334,5 yuan, vilket är 157,2 yuan lägre än för växthuset med tegelväggar, och byggkostnaden har sjunkit avsevärt.Därför har det sammansatta växthuset fördelarna med mindre förstörelse av odlad mark, markbesparing, snabb bygghastighet och lång livslängd, och det är en nyckelriktning för innovation och utveckling av solcellsväxthus för närvarande och i framtiden.

Glidande solljus växthus

Det skateboardmonterade energibesparande solväxthuset som utvecklats av Shenyang Agricultural University använder bakväggen på solväxthuset för att bilda ett värmelagringssystem med vattencirkulerande vägg för att lagra värme och höja temperaturen, som huvudsakligen består av en pool (32m).³), en ljusuppsamlingsplatta (360m²), en vattenpump, ett vattenrör och en styrenhet.Det flexibla värmeisoleringstäcket är ersatt av ett nytt lätt stenullsfärgat stålplåtmaterial i toppen.Forskningen visar att denna design effektivt löser problemet med gavlar som blockerar ljus och ökar ljusinsläppsytan i växthuset.Växthusets belysningsvinkel är 41,5°, vilket är nästan 16° högre än kontrollväxthusets, vilket förbättrar belysningshastigheten.Temperaturfördelningen inomhus är enhetlig och växterna växer prydligt.Växthuset har fördelarna att effektivisera markanvändningen, flexibelt utforma växthusstorleken och förkorta byggtiden, vilket är av stor betydelse för att skydda odlad markresurser och miljö.

Solcellsväxthus

Jordbruksväxthus är ett växthus som integrerar solenergiproduktion, intelligent temperaturkontroll och modern högteknologisk plantering.Den antar en stålbensram och är täckt med solcellsmoduler för att säkerställa belysningskraven för fotovoltaiska kraftgenereringsmoduler och belysningskraven för hela växthuset.Likström som genereras av solenergi kompletterar direkt ljuset från jordbruksväxthus, stöder direkt den normala driften av växthusutrustning, driver bevattning av vattenresurser, ökar växthustemperaturen och främjar den snabba tillväxten av grödor.Solcellsmoduler på detta sätt kommer att påverka ljuseffektiviteten hos växthustaket och sedan påverka den normala tillväxten av växthusgrönsaker.Därför blir den rationella utformningen av solcellspaneler på taket av växthuset nyckeln för tillämpningen.Jordbruksväxthus är produkten av den ekologiska kombinationen av sightseeingjordbruk och anläggningsträdgårdsskötsel, och det är en innovativ jordbruksindustri som integrerar solceller, sightseeing inom jordbruket, jordbruksgrödor, jordbruksteknik, landskap och kulturell utveckling.

Innovativ design av växthusgrupp med energiinteraktion mellan olika typer av växthus

Guo Wenzhong, forskare vid Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, använder uppvärmningsmetoden för energiöverföring mellan växthus för att samla upp den återstående värmeenergin i ett eller flera växthus för att värma upp ett eller flera växthus.Denna uppvärmningsmetod realiserar överföringen av växthusenergi i tid och rum, förbättrar energiutnyttjandet av den återstående växthusvärmeenergin och minskar den totala värmeenergiförbrukningen.De två typerna av växthus kan vara olika växthustyper eller samma växthustyp för plantering av olika grödor, såsom sallads- och tomatväxthus.Värmeuppsamlingsmetoder innefattar huvudsakligen uttag av inomhusluftsvärme och direkt avlyssning av infallande strålning.Genom solenergiinsamling, forcerad konvektion med värmeväxlare och forcerad utsug med värmepump utvanns överskottsvärmen i högenergiväxthus för uppvärmning av växthus.

sammanfatta

Dessa nya solcellsväxthus har fördelarna med snabb montering, förkortad byggtid och förbättrad markutnyttjandegrad.Därför är det nödvändigt att ytterligare utforska prestandan hos dessa nya växthus i olika områden, och ge möjlighet till storskalig popularisering och tillämpning av nya växthus.Samtidigt är det nödvändigt att kontinuerligt stärka användningen av ny energi och nya material i växthus, för att ge kraft till strukturreformen av växthus.

Framtidsutsikter och tänkande

Traditionella växthus har ofta vissa nackdelar, såsom hög energiförbrukning, låg markutnyttjandegrad, tidskrävande och arbetskrävande, dålig prestanda, etc., som inte längre kan möta det moderna jordbrukets produktionsbehov, och kommer säkert att ske gradvis. utslagen.Därför är det en utvecklingstrend att använda nya energikällor som solenergi, biomassaenergi, geotermisk energi och vindenergi, nya växthusapplikationsmaterial och nya konstruktioner för att främja växthusets strukturella förändring.Först och främst bör det nya växthuset som drivs av ny energi och nya material inte bara tillgodose behoven av mekaniserad drift, utan också spara energi, mark och kostnader.För det andra är det nödvändigt att ständigt utforska prestandan hos nya växthus i olika områden, för att ge förutsättningar för storskalig popularisering av växthus.I framtiden bör vi ytterligare söka efter ny energi och nya material som lämpar sig för växthusapplikationer, och hitta den bästa kombinationen av ny energi, nya material och växthus, för att göra det möjligt att bygga ett nytt växthus med låg kostnad, kort konstruktion period, låg energiförbrukning och utmärkt prestanda, hjälper växthusstrukturen att förändras och främjar moderniseringsutvecklingen av växthus i Kina.

Även om tillämpningen av ny energi, nya material och nya konstruktioner i växthusbyggande är en oundviklig trend, finns det fortfarande många problem att studera och övervinna: (1) Byggkostnaden ökar.Jämfört med traditionell uppvärmning med kol, naturgas eller olja är användningen av ny energi och nya material miljövänlig och föroreningsfri, men byggkostnaden ökar avsevärt, vilket har en viss inverkan på investeringsåtervinningen av produktion och drift .Jämfört med energianvändningen kommer kostnaderna för nya material att höjas avsevärt.(2) Instabilt utnyttjande av värmeenergi.Den största fördelen med nytt energiutnyttjande är låg driftskostnad och låga koldioxidutsläpp, men tillgången på energi och värme är instabil och molniga dagar blir den största begränsande faktorn för solenergiutnyttjandet.I processen med biomassavärmeproduktion genom jäsning begränsas det effektiva utnyttjandet av denna energi av problemen med låg jäsningsvärmeenergi, svår hantering och kontroll och stort lagringsutrymme för transport av råvaror.(3) Teknikmognad.Dessa tekniker som används av ny energi och nya material är avancerad forskning och tekniska landvinningar, och deras tillämpningsområde och omfattning är fortfarande ganska begränsad.De har inte passerat många gånger, många webbplatser och storskalig praxisverifiering, och det finns oundvikligen vissa brister och tekniskt innehåll som behöver förbättras i tillämpningen.Användare förnekar ofta teknikens framsteg på grund av de mindre bristerna.(4) Teknikens penetrationsgrad är låg.Den breda tillämpningen av en vetenskaplig och teknisk bedrift kräver en viss popularitet.För närvarande finns ny energi, ny teknologi och ny designteknik för växthus alla i teamet av vetenskapliga forskningscentra på universitet med viss innovationsförmåga, och de flesta tekniska efterfrågar eller designers vet fortfarande inte;Samtidigt är populariseringen och tillämpningen av ny teknik fortfarande ganska begränsad eftersom kärnutrustningen för ny teknik är patenterad.(5) Integreringen av ny energi, nya material och växthusstrukturer behöver stärkas ytterligare.Eftersom energi, material och design av växthusstrukturer tillhör tre olika discipliner saknar talanger med erfarenhet av växthusdesign ofta forskning om växthusrelaterad energi och material, och vice versa;Därför måste forskare relaterade till energi- och materialforskning stärka undersökningen och förståelsen av de faktiska behoven av växthusindustrins utveckling, och strukturella designers bör också studera nya material och ny energi för att främja den djupa integrationen av de tre relationerna, för att uppnå målet med praktisk växthusforskningsteknik, låg byggkostnad och god användningseffekt.Baserat på ovanstående problem föreslås det att staten, lokala myndigheter och vetenskapliga forskningscentra bör intensifiera teknisk forskning, genomföra gemensam forskning på djupet, stärka publiciteten för vetenskapliga och tekniska landvinningar, förbättra populariseringen av prestationer och snabbt inse mål om ny energi och nya material för att hjälpa den nya utvecklingen av växthusindustrin.

Citerad information

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Ny energi, nya material och ny design hjälper växthusets nya revolution [J].Grönsaker, 2022,(10):1-8.