Växthusträdgårdsodling jordbruksteknik 2022-12-02 17:30 publicerad i Peking

Att utveckla solcellsväxthus i oodlade områden som öken, Gobi och sandmark har effektivt löst motsättningen mellan mat och grönsaker som konkurrerar om mark. Det är en av de avgörande miljöfaktorerna för tillväxt och utveckling av temperaturgrödor, vilket ofta avgör om växthusproduktionen blir framgångsrik eller misslyckad. För att utveckla solcellsväxthus i oodlade områden måste vi därför först lösa problemet med omgivningstemperaturen i växthus. I den här artikeln sammanfattas de temperaturkontrollmetoder som använts i oodlade växthus under senare år, och de befintliga problemen och utvecklingsriktningarna för temperatur- och miljöskydd i oodlade solcellsväxthus analyseras och sammanfattas.

Kina har en stor befolkning och mindre tillgängliga markresurser. Mer än 85 % av markresurserna är oodlade markresurser, vilka huvudsakligen är koncentrerade i nordvästra Kina. Dokument nr 1 från centralkommittén från 2022 påpekade att utvecklingen av odlingsjordbruk bör påskyndas, och med utgångspunkt i att skydda den ekologiska miljön bör exploaterbar ledig mark och ödemark utforskas för att utveckla odlingsjordbruk. Nordvästra Kina är rikt på öken, Gobi, ödemark och andra oodlade markresurser samt naturliga ljus- och värmeresurser, vilka är lämpliga för utveckling av odlingsjordbruk. Därför är utveckling och utnyttjande av oodlade markresurser för att utveckla växthus för oodlade marker av stor strategisk betydelse för att säkerställa nationell livsmedelssäkerhet och lindra markanvändningskonflikter.

För närvarande är icke-odlade solcellsväxthus den viktigaste formen av högeffektiv jordbruksutveckling i icke-odlad mark. I nordvästra Kina är temperaturskillnaden mellan dag och natt stor, och temperaturen på natten på vintern är låg, vilket ofta leder till att den inomhuslägsta temperaturen är lägre än den temperatur som krävs för normal tillväxt och utveckling av grödor. Temperaturen är en av de oumbärliga miljöfaktorerna för tillväxt och utveckling av grödor. För låg temperatur kommer att bromsa grödornas fysiologiska och biokemiska reaktioner och bromsa deras tillväxt och utveckling. När temperaturen är lägre än den gräns som grödorna tål kommer det till och med att leda till frysskador. Därför är det särskilt viktigt att säkerställa den temperatur som krävs för normal tillväxt och utveckling av grödor. För att bibehålla rätt temperatur i solcellsväxthuset är det inte en enskild åtgärd som kan lösas. Det måste garanteras utifrån aspekter av växthusdesign, konstruktion, materialval, reglering och daglig hantering. Därför kommer denna artikel att sammanfatta forskningsstatus och framsteg inom temperaturkontroll av oodlade växthus i Kina under senare år, utifrån aspekter som växthusdesign och -konstruktion, värmebevarande och uppvärmningsåtgärder samt miljöhantering, för att ge en systematisk referens för rationell design och hantering av oodlade växthus.

Växthusstruktur och material

Växthusets termiska miljö beror huvudsakligen på växthusets överförings-, avlyssnings- och lagringskapacitet för solstrålning, vilket är relaterat till en rimlig utformning av växthusets orientering, form och material på den ljusgenomsläppliga ytan, struktur och material i väggar och baktak, grundisolering, växthusets storlek, nattisoleringssätt och material i framtak etc., och relaterar också till huruvida växthusets konstruktion och byggprocess kan säkerställa ett effektivt genomförande av designkraven.

Ljusgenomsläppningsförmåga för framtaket

Den huvudsakliga energin i växthuset kommer från solen. Att öka ljusöverföringskapaciteten på det främre taket är fördelaktigt för att växthuset ska få mer värme, och det är också en viktig grund för att säkerställa växthusets temperaturmiljö på vintern. För närvarande finns det tre huvudmetoder för att öka ljusöverföringskapaciteten och ljusmottagningstiden på växthusets främre tak.

01 designa rimlig växthusorientering och azimut

Växthusets orientering påverkar dess ljusprestanda och dess värmelagringskapacitet. För att få mer värmelagring i växthuset är därför orienteringen av oodlade växthus i nordvästra Kina södervänd. För växthusets specifika azimut, när man väljer syd-öst, är det fördelaktigt att "ta tag i solen", så att inomhustemperaturen stiger snabbt på morgonen. När syd-väst väljs är det fördelaktigt för växthuset att utnyttja eftermiddagsljuset. Söderriktningen är en kompromiss mellan de två ovanstående situationerna. Enligt geofysisk kunskap roterar jorden 360° på en dag, och solens azimut rör sig cirka 1° var fjärde minut. Därför, varje gång växthusets azimut skiljer sig med 1°, kommer tiden för direkt solljus att skilja sig med cirka 4 minuter, det vill säga att växthusets azimut påverkar den tid då växthuset ser ljus på morgonen och kvällen.

När morgon- och eftermiddagsljustimmarna är lika stora, och öst eller väst har samma vinkel, får växthuset samma ljustimmar. För området norr om 37° nordlig latitud är temperaturen dock låg på morgonen, och tidpunkten för att täcka täcket är sen, medan temperaturen är relativt hög på eftermiddagen och kvällen, så det är lämpligt att senarelägga tidpunkten för att stänga värmeisoleringstäcket. Därför bör dessa områden välja syd-västlig riktning och utnyttja eftermiddagsljuset fullt ut. För områden med 30°~35° nordlig latitud kan tiden för värmebevarande och täckning av täcket också tidigareläggas på grund av de bättre ljusförhållandena på morgonen. Därför bör dessa områden välja syd-östlig riktning för att sträva efter mer morgonsolinstrålning för växthuset. I området 35°~37° nordlig latitud är det dock liten skillnad i solinstrålning på morgonen och eftermiddagen, så det är bättre att välja en riktning rakt söderut. Oavsett om det är sydost eller sydväst är avvikelsesvinkeln generellt 5° ~ 8°, och den maximala får inte överstiga 10°. Nordvästra Kina ligger i intervallet 37° ~ 50° nordlig latitud, så växthusets azimutvinkel är generellt från syd till väst. Med tanke på detta har solljusväxthuset som designats av Zhang Jingshe etc. i Taiyuan-området valt orienteringen 5° väster om söder, solljusväxthuset som byggts av Chang Meimei etc. i Gobi-området i Hexi-korridoren har antagit orienteringen 5° till 10° väster om söder, och solljusväxthuset som byggts av Ma Zhigui etc. i norra Xinjiang har antagit orienteringen 8° väster om söder.

02 Designa rimlig form på det främre taket och lutningsvinkeln

Formen och lutningen på det främre taket bestämmer solstrålarnas infallsvinkel. Ju mindre infallsvinkeln är, desto större är transmittansen. Sun Juren anser att formen på det främre taket huvudsakligen bestäms av förhållandet mellan längden på den huvudsakliga belysningsytan och den bakre lutningen. Lång frontlutning och kort baklutning är fördelaktiga för belysningen och värmebevarandet av det främre taket. Chen Wei-Qian och andra anser att huvudbelysningstaket för solcellsväxthus som används i Gobi-området använder en cirkulär båge med en radie på 4,5 m, vilket effektivt kan motstå kyla. Zhang Jingshe etc. anser att det är mer lämpligt att använda halvcirkelformade bågar på det främre taket på växthus i alpina och höga breddgrader. När det gäller lutningsvinkeln på det främre taket, enligt plastfilmens ljustransmissionsegenskaper, när infallsvinkeln är 0 ~ 40°, är det främre takets reflektionsförmåga mot solljuset liten, och när den överstiger 40° ökar reflektionsförmågan avsevärt. Därför används 40° som den maximala infallsvinkeln för att beräkna lutningsvinkeln på det främre taket, så att solstrålningen kan komma in i växthuset i maximal utsträckning även under vintersolståndet. Därför beräknade He Bin och andra, när de designade ett solcellsväxthus lämpligt för oodlade områden i Wuhai, Inre Mongoliet, lutningsvinkeln på det främre taket med en infallsvinkel på 40°, och ansåg att så länge den var större än 30°, kunde det uppfylla kraven på växthusbelysning och värmehållning. Zhang Caihong och andra menar att när man bygger växthus i Xinjiangs oodlade områden är lutningsvinkeln på det främre taket på växthus i södra Xinjiang 31°, medan den i norra Xinjiang är 32°~33,5°.

03 Välj lämpliga transparenta täckmaterial.

Förutom påverkan av utomhussolens strålningsförhållanden är materialet och ljusgenomsläppningsegenskaperna hos växthusfilm också viktiga faktorer som påverkar växthusets ljus- och värmemiljö. För närvarande varierar ljusgenomsläppligheten hos plastfilmer som PE, PVC, EVA och PO på grund av olika material och filmtjocklekar. Generellt sett kan ljusgenomsläppligheten för filmer som har använts i 1-3 år garanteras vara över 88 % totalt sett, vilket bör väljas utifrån grödornas behov av ljus och temperatur. Dessutom är, förutom ljusgenomsläppligheten i växthus, även fördelningen av ljusmiljön i växthus en faktor som människor ägnar mer och mer uppmärksamhet åt. Därför har ljusgenomsläppningsmaterial med förbättrad ljusspridning under senare år fått ett högt erkännande inom industrin, särskilt i områden med stark solstrålning i nordvästra Kina. Användningen av förbättrad ljusspridningsfilm har minskat skuggningseffekten på toppen och botten av grödans trädkrona, ökat ljuset i mitten och nedre delarna av grödans trädkrona, förbättrat hela grödans fotosyntetiska egenskaper och visat en god effekt på att främja tillväxt och öka produktionen.

Rimlig design av växthusstorlek

Växthusets längd är för lång eller för kort, vilket påverkar inomhustemperaturkontrollen. När växthusets längd är för kort, före soluppgång och solnedgång, blir området som skuggas av östra och västra gavlarna stort, vilket inte bidrar till växthusets uppvärmning, och på grund av dess lilla volym kommer det att påverka jordens och väggens absorption och frigöring av värme. När längden är för stor är det svårt att kontrollera inomhustemperaturen, vilket påverkar växthusstrukturens fasthet och konfigurationen av värmebevarande rullmekanismen. Växthusets höjd och spännvidd påverkar direkt dagsljuset på det främre taket, växthusutrymmets storlek och isoleringsförhållandet. När växthusets spännvidd och längd är fast kan en ökning av växthusets höjd öka belysningsvinkeln på det främre taket ur ljusmiljöns perspektiv, vilket bidrar till ljusgenomsläppet. Ur termisk miljösynpunkt ökar väggens höjd och värmelagringsarean på bakväggen ökar, vilket är fördelaktigt för värmelagring och värmefrigöring på bakväggen. Dessutom är utrymmet stort, värmekapaciteten är också stor och växthusets termiska miljö är mer stabil. Naturligtvis kommer en ökning av växthusets höjd att öka kostnaden för växthuset, vilket kräver omfattande överväganden. Därför bör vi, när vi utformar ett växthus, välja en rimlig längd, spännvidd och höjd i enlighet med lokala förhållanden. Till exempel anser Zhang Caihong och andra att i norra Xinjiang är växthusets längd 50~80 m, spännvidden 7 m och höjden 3,9 m, medan i södra Xinjiang är växthusets längd 50~80 m, spännvidden 8 m och höjden 3,6~4,0 m. Det anses också att växthusets spännvidd inte bör vara mindre än 7 m, och när spännvidden är 8 m är värmebevarande effekten bäst. Dessutom anser Chen Weiqian och andra att längden, spännvidden och höjden på solväxthuset bör vara 80 m, 8~10 m respektive 3,8~4,2 m när det byggs i Gobi-området i Jiuquan, Gansu.

Förbättra väggens värmelagring och isoleringsförmåga

Under dagtid ackumulerar väggen värme genom att absorbera solstrålning och värme från en del av inomhusluften. På natten, när inomhustemperaturen är lägre än väggtemperaturen, kommer väggen passivt att avge värme för att värma upp växthuset. Som växthusets huvudsakliga värmelagringsenhet kan väggen avsevärt förbättra inomhustemperaturen på natten genom att förbättra dess värmelagringskapacitet. Samtidigt är väggens värmeisoleringsfunktion grunden för stabiliteten i växthusets termiska miljö. För närvarande finns det flera metoder för att förbättra väggarnas värmelagrings- och isoleringskapacitet.

01 designa rimlig väggstruktur

Väggens funktion innefattar huvudsakligen värmelagring och värmebevarande, och samtidigt fungerar de flesta växthusväggarna även som bärande element för att stödja takstolen. Ur ett bra termiskt perspektiv bör en rimlig väggkonstruktion ha tillräcklig värmelagringskapacitet på insidan och tillräcklig värmebevarande kapacitet på utsidan, samtidigt som onödiga köldbryggor minskas. I forskningen om väggvärmelagring och isolering konstruerade Bao Encai och andra den passiva värmelagringsväggen av stelnad sand i Wuhaiöknen, Inre Mongoliet. Poröst tegel användes som isoleringsskikt på utsidan och stelnad sand användes som värmelagringsskikt på insidan. Testet visade att inomhustemperaturen kunde nå 13,7 ℃ under soliga dagar. Ma Yuehong etc. konstruerade en kompositvägg av veteskalsmurbruk i norra Xinjiang, där bränd kalk fylls i murbruksblock som värmelagringsskikt och slaggsäckar staplas utomhus som isoleringsskikt. Den ihåliga blockväggen som designats av Zhao Peng etc. i Gobi-området i Gansu-provinsen använder 100 mm tjock bensenskiva som isoleringsskikt på utsidan och sand och ihåligt blocktegel som värmelagringsskikt på insidan. Testet visar att medeltemperaturen på vintern är över 10 ℃ på natten, och Chai Regeneration etc. använder även sand och grus som isoleringsskikt och värmelagringsskikt i väggen i Gobi-området i Gansu-provinsen. För att minska köldbryggor designade Yan Junyue etc. en lätt och förenklad monterad bakvägg, vilket inte bara förbättrade väggens värmebeständighet, utan också tätningsförmågan genom att fästa polystyrenskivor på utsidan av bakväggen. Wu Letian etc. satte en armerad betongbalk ovanför växthusväggens grund och använde trapetsformad tegelstämpel precis ovanför ringbalken för att stödja baktaket, vilket löste problemet med att sprickor och sättningar i grunden lätt uppstår i växthus i Hotian, Xinjiang, vilket påverkar växthusens värmeisolering.

02 Välj lämpliga material för värmelagring och isolering.

Väggens värmelagrings- och isoleringseffekt beror först och främst på materialvalet. I den nordvästra öknen, Gobi, sandmark och andra områden, använde forskare lokala material och gjorde djärva försök att designa många olika typer av bakväggar för solcellsväxthus, beroende på platsförhållandena. Till exempel, när Zhang Guosen och andra byggde växthus i sand- och grusfält i Gansu, användes sand och grus som värmelagrings- och isoleringsskikt för väggarna. Enligt Gobiöknens och nordvästra Kinas egenskaper designade Zhao Peng en slags ihålig blockvägg med sandsten och ihåliga block som material. Testet visar att den genomsnittliga inomhustemperaturen på natten är över 10 ℃. Med tanke på bristen på byggmaterial som tegel och lera i Gobiregionen i nordvästra Kina fann Zhou Changji och andra att lokala växthus vanligtvis använder småsten som väggmaterial när de undersökte solcellsväxthus i Gobiregionen i Kizilsu, Kirgizistan, Xinjiang. Med tanke på stenens termiska prestanda och mekaniska hållfasthet har växthus byggda med småsten goda prestanda när det gäller värmebevarande, värmelagring och lastbärande egenskaper. På liknande sätt använder Zhang Yong etc. även småsten som huvudmaterial för väggen och designade en oberoende värmelagrande bakvägg av småsten i Shanxi och andra platser. Testet visar att värmelagringseffekten är god. Zhang etc. designade en typ av sandstensvägg enligt egenskaperna i nordvästra Gobi-området, vilket kan höja inomhustemperaturen med 2,5 ℃. Dessutom testade Ma Yuehong och andra värmelagringskapaciteten hos blockfyllda sandväggar, blockväggar och tegelväggar i Hotian, Xinjiang. Resultaten visade att den blockfyllda sandväggen hade den största värmelagringskapaciteten. För att förbättra väggens värmelagringsprestanda utvecklar forskare dessutom aktivt nya värmelagringsmaterial och tekniker. Till exempel föreslog Bao Encai ett fasövergångshärdningsmaterial, som kan användas för att förbättra värmelagringskapaciteten hos bakväggen i solcellsväxthus i nordvästra icke-odlade områden. I takt med att lokala material utforskas används även höstack, slagg, bensenskivor och halm som väggmaterial, men dessa material har vanligtvis bara funktionen att bevara värmen och ingen värmelagringskapacitet. Generellt sett har väggar fyllda med grus och block god värmelagrings- och isoleringsförmåga.

03 Öka väggtjockleken på lämpligt sätt

Vanligtvis är värmemotstånd ett viktigt index för att mäta väggens värmeisoleringsprestanda, och den faktor som påverkar värmemotståndet är materialskiktets tjocklek förutom materialets värmeledningsförmåga. Därför kan en lämplig ökning av väggtjockleken, baserat på valet av lämpliga värmeisoleringsmaterial, öka väggens totala värmemotstånd och minska värmeförlusten genom väggen, vilket ökar väggens och hela växthusets värmeisolering och värmelagringskapacitet. Till exempel i Gansu och andra områden är den genomsnittliga tjockleken på sandsäcksväggar i Zhangye City 2,6 m, medan den för murbruk i Jiuquan City är 3,7 m. Ju tjockare väggen är, desto större är dess värmeisolering och värmelagringskapacitet. För tjocka väggar kommer dock att öka markanvändningen och kostnaden för växthusbyggnation. Därför bör vi, med tanke på att förbättra värmeisoleringsförmågan, också prioritera att välja högvärmeisoleringsmaterial med låg värmeledningsförmåga, såsom polystyren, polyuretan och andra material, och sedan öka tjockleken på lämpligt sätt.

Rimlig design av baktaket

Vid utformningen av baktaket är den viktigaste faktorn att inte orsaka skuggningspåverkan och förbättra värmeisoleringsförmågan. För att minska skuggningspåverkan på baktaket baseras inställningen av dess lutningsvinkel huvudsakligen på det faktum att baktaket kan ta emot direkt solljus under dagtid när grödor planteras och odlas. Därför väljs baktakets höjdvinkel generellt så att den är bättre än den lokala solhöjdsvinkeln vid vintersolståndet på 7°~8°. Till exempel anser Zhang Caihong och andra att när man bygger solcellsväxthus i Gobi och områden med salt-alkalisk mark i Xinjiang, är den projicerade längden på baktaket 1,6 m, så lutningsvinkeln på baktaket är 40° i södra Xinjiang och 45° i norra Xinjiang. Chen Wei-Qian och andra anser att baktaket på solcellsväxthuset i Jiuquan Gobi-området bör lutas med 40°. För värmeisolering av baktaket bör värmeisoleringsförmågan säkerställas huvudsakligen genom val av värmeisoleringsmaterial, nödvändig tjockleksdimensionering och rimlig överlappning av värmeisoleringsmaterial under konstruktionen.

Minska värmeförlusten i marken

Under vinternätter, eftersom temperaturen på inomhusjorden är högre än utomhusjorden, kommer värmen från inomhusjorden att överföras till utomhusmiljön genom värmeledning, vilket orsakar förlust av växthusvärme. Det finns flera sätt att minska jordens värmeförlust.

01 markisolering

Marken sjunker ordentligt, vilket undviker det frusna jordlagret och använder jorden för värmebevarande. Till exempel byggdes solväxthuset "1448 tre-material-en-kropp" som utvecklats av Chai Regeneration och annan oodlad mark i Hexi Corridor genom att gräva 1 m ner, vilket effektivt undvek det frusna jordlagret. Beroende på det faktum att djupet av frusen jord i Turpan-området är 0,8 m, föreslog Wang Huamin och andra att gräva 0,8 m för att förbättra växthusets värmeisoleringsförmåga. När Zhang Guosen etc. byggde bakväggen på det dubbelbågade dubbelfilmsgrävande solväxthuset på icke-odlingsbar mark var grävdjupet 1 m. Experimentet visade att den lägsta temperaturen på natten ökade med 2~3 ℃ jämfört med det traditionella andra generationens solväxthus.

02 Foundation köldskydd

Den huvudsakliga metoden är att gräva ett köldtätt dike längs grunddelen av det främre taket, fylla i värmeisoleringsmaterial eller kontinuerligt begrava värmeisoleringsmaterial under jord längs grundväggsdelen, vilket alla syftar till att minska värmeförlusten orsakad av värmeöverföring genom jorden vid växthusets gränsdel. De värmeisoleringsmaterial som används är huvudsakligen baserade på de lokala förhållandena i nordvästra Kina och kan erhållas lokalt, såsom hö, slagg, stenull, polystyrenskivor, majshalm, hästgödsel, nedfallna löv, gräs, sågspån, ogräs, halm etc.

03 kompostfilm

Genom att täcka plastfilmen kan solljus nå jorden genom plastfilmen under dagen, och jorden absorberar solens värme och värms upp. Dessutom kan plastfilmen blockera den långvågiga strålning som reflekteras av jorden, vilket minskar jordens strålningsförlust och ökar jordens värmelagring. På natten kan plastfilm hindra det konvektiva värmeutbytet mellan jord och inomhusluft, vilket minskar jordens värmeförlust. Samtidigt kan plastfilm också minska den latenta värmeförlusten som orsakas av markvattenavdunstning. Wei Wenxiang täckte växthuset med plastfilm på Qinghaiplatån, och experimentet visade att marktemperaturen kunde höjas med cirka 1 ℃.

Stärk värmeisoleringsprestanda för det främre taket

Växthusets framtak är den huvudsakliga värmeavledningsytan, och den förlorade värmen står för mer än 75 % av den totala värmeförlusten i växthuset. Därför kan en förstärkning av växthusets framtaks värmeisoleringsförmåga effektivt minska förlusten genom taket och förbättra växthusets vintertemperaturmiljö. För närvarande finns det tre huvudåtgärder för att förbättra takets värmeisoleringsförmåga.

01 Flerskiktad transparent beläggning används.

Strukturellt sett kan användning av dubbelskiktsfilm eller treskiktsfilm som ljusgenomsläppande yta i ett växthus effektivt förbättra växthusets värmeisoleringsprestanda. Till exempel designade Zhang Guosen och andra ett solväxthus med dubbelbågar och dubbelfilm av grävtyp i Gobi-området i Jiuquan City. Utsidan av växthusets främre tak är tillverkat av EVA-film, och insidan av växthuset är tillverkad av droppfri PVC-anti-aging-film. Experiment visar att jämfört med traditionella andra generationens solväxthus är värmeisoleringseffekten enastående, och den lägsta temperaturen på natten stiger med i genomsnitt 2~3 ℃. På liknande sätt designade Zhang Jingshe och andra också ett solväxthus med dubbelfilmstäckning för klimategenskaperna i höga breddgrader och extremt kalla områden, vilket avsevärt förbättrade växthusets värmeisolering. Jämfört med kontrollväxthuset ökade nattemperaturen med 3 ℃. Dessutom försökte Wu Letian och andra använda tre lager 0,1 mm tjock EVA-film på framtaket på solväxthuset som designades i Hetian-öknen i Xinjiang. Flerskiktsfilm kan effektivt minska värmeförlusten i takets framsida, men eftersom ljusgenomsläppligheten för enskiktsfilm i princip är cirka 90 %, kommer flerskiktsfilm naturligtvis att leda till en dämpning av ljusgenomsläppligheten. Därför är det nödvändigt att ta hänsyn till ljusförhållandena och belysningskraven för växthus när man väljer ett flerskiktsfilm.

02 Förstärk nattisoleringen på det främre taket

Plastfilm används på det främre taket för att öka ljusgenomsläppet under dagen, och det blir den svagaste platsen i hela växthuset på natten. Därför är det en nödvändig värmeisoleringsåtgärd för solcellsväxthus att täcka det främre takets utsida med en tjock kompositvärmeisoleringstäcke. Till exempel, i Qinghai-alpregionen, använde Liu Yanjie och andra halmgardiner och kraftpapper som värmeisoleringstäcken för experiment. Testresultaten visade att den lägsta inomhustemperaturen i växthuset på natten kunde nå över 7,7 ℃. Dessutom anser Wei Wenxiang att värmeförlusten i växthuset kan minskas med mer än 90 % genom att använda dubbla gräsgardiner eller kraftpapper på utsidan av gräsgardinerna för värmeisolering i detta område. Dessutom använde Zou Ping etc. ett värmeisoleringstäcke av återvunnen fiber, nålad filt, i solcellsväxthuset i Gobi-regionen i Xinjiang, och Chang Meimei etc. använde ett värmeisoleringstäcke av sandwichbomull i solcellsväxthuset i Gobi-regionen i Hexi-korridoren. För närvarande finns det många typer av värmeisoleringsdukar som används i solväxthus, men de flesta är gjorda av nålfilt, limsprayad bomull, pärlbomull etc., med vattentäta eller anti-aging ytskikt på båda sidor. Enligt värmeisoleringsmekanismen för värmeisoleringsdukar bör vi för att förbättra dess värmeisoleringsprestanda börja med att förbättra dess värmebeständighet och minska dess värmeöverföringskoefficient, och de viktigaste åtgärderna är att minska materialens värmeledningsförmåga, öka tjockleken på materialskikt eller öka antalet materialskikt, etc. Därför är kärnmaterialet i värmeisoleringsdukar med hög värmeisoleringsprestanda för närvarande ofta tillverkat av flerskiktskompositmaterial. Enligt testet kan värmeöverföringskoefficienten för värmeisoleringsdukar med hög värmeisoleringsprestanda för närvarande nå 0,5 W/(m2℃), vilket ger en bättre garanti för värmeisoleringen av växthus i kalla områden på vintern. Naturligtvis är det nordvästra området blåsigt och dammigt, och den ultravioletta strålningen är stark, så värmeisoleringsytlagret bör ha god anti-aging prestanda.

03 Lägg till en invändig värmeisolerande ridå.

Även om det främre taket på solljusväxthuset är täckt med en extern värmeisoleringstäcke på natten, är det främre taket fortfarande en svag punkt för hela växthuset på natten, jämfört med andra strukturer i hela växthuset. Därför designade projektgruppen för "Struktur och konstruktionsteknik för växthus i nordvästra icke-odlingsmark" ett enkelt internt värmeisoleringssystem (Figur 1), vars struktur består av en fast intern värmeisoleringsridå vid den främre foten och en rörlig intern värmeisoleringsridå i det övre utrymmet. Den övre rörliga värmeisoleringsridån öppnas och viks vid växthusets bakvägg under dagen, vilket inte påverkar växthusets belysning. Den fasta värmeisoleringstäcken längst ner fungerar som tätning på natten. Den interna isoleringsdesignen är snygg och enkel att använda, och kan också fungera som skuggning och kylning på sommaren.

Aktiv uppvärmningsteknik

På grund av den låga vintertemperaturen i nordvästra Kina kan vi fortfarande inte uppfylla kraven för grödornas övervintringsproduktion i kallt väder om vi bara förlitar oss på värmebevarande och värmelagring i växthus, så vissa aktiva uppvärmningsåtgärder är också aktuella.

Solenergilagring och värmeutsläppssystem

Det är en viktig anledning till att väggen har funktioner för värmebevarande, värmelagring och lastbärande, vilket leder till höga byggkostnader och låg markutnyttjandegrad för solcellsväxthus. Därför är förenkling och montering av solcellsväxthus oundvikligen en viktig utvecklingsriktning i framtiden. Bland dem är förenklingen av väggens funktion att frigöra väggens värmelagrings- och frigöringsfunktion, så att endast bakväggen har värmebevaringsfunktionen, vilket är ett effektivt sätt att förenkla utvecklingen. Till exempel används Fang Huis aktiva värmelagrings- och frigöringssystem (Figur 2) i stor utsträckning i icke-odlade områden som Gansu, Ningxia och Xinjiang. Dess värmeuppsamlingsanordning hängs på norra väggen. Under dagen lagras värmen som samlas in av värmeuppsamlingsanordningen i värmelagringskroppen genom cirkulationen av värmelagringsmediet, och på natten frigörs och värms värmen upp genom cirkulationen av värmelagringsmediet, vilket realiserar värmeöverföring i tid och rum. Experiment visar att minimitemperaturen i växthuset kan höjas med 3~5 ℃ med hjälp av denna anordning. Wang Zhiwei etc. lade fram ett vattenridåsystem för solcellsväxthus i södra Xinjiangöknen, vilket kan öka temperaturen i växthuset med 2,1 ℃ på natten.

Dessutom konstruerade Bao Encai etc. ett aktivt värmelagringssystem för norrväggen. Under dagtid, genom cirkulation av axialfläktar, strömmar varmluft inomhus genom värmeöverföringskanalen som är inbäddad i norrväggen, och värmeöverföringskanalen utbyter värme med värmelagringsskiktet inuti väggen, vilket avsevärt förbättrar väggens värmelagringskapacitet. Dessutom lagrar det solcellsbaserade värmelagringssystemet med fasomvandling, designat av Yan Yantao etc., värme i fasomvandlingsmaterialen via solfångare under dagtid, och avger sedan värmen till inomhusluften genom luftcirkulationen på natten, vilket kan öka medeltemperaturen med 2,0 ℃ på natten. Ovanstående solenergianvändningstekniker och utrustning har egenskaper som ekonomi, energibesparande och koldioxidsnål. Efter optimering och förbättring bör de ha goda tillämpningsmöjligheter i områden med rikliga solenergiresurser i nordvästra Kina.

Andra tekniker för tillsatsvärme

01 uppvärmning av biomassaenergi

Strö, halm, kogödsel, fårgödsel och fjäderfägödsel blandas med biologiska bakterier och begravs i jorden i växthuset. Mycket värme genereras under jäsningsprocessen, och många nyttiga stammar, organiskt material och CO2 genereras under jäsningsprocessen. Nyttigartade stammar kan hämma och döda en mängd olika bakterier och kan minska förekomsten av växthussjukdomar och skadedjur. Organiskt material kan bli gödselmedel för grödor. Den producerade CO2 kan förbättra fotosyntesen hos grödor. Till exempel begravde Wei Wenxiang varma organiska gödningsmedel som hästgödsel, kogödsel och fårgödsel i inomhusjord i solcellsväxthuset på Qinghaiplatån, vilket effektivt höjde marktemperaturen. I solcellsväxthuset i Gansuöknen använde Zhou Zhilong halm och organiskt gödselmedel för att jäsa mellan grödorna. Testet visade att temperaturen i växthuset kunde ökas med 2~3 ℃.

02 koluppvärmning

Det finns konstgjorda spisar, energisparande varmvattenberedare och uppvärmning. Till exempel, efter undersökningar på Qinghai-platån, fann Wei Wenxiang att konstgjord ugnsuppvärmning huvudsakligen användes lokalt. Denna uppvärmningsmetod har fördelarna med snabbare uppvärmning och tydlig uppvärmningseffekt. Skadliga gaser som SO2, CO och H2S kommer dock att produceras vid förbränning av kol, så det är nödvändigt att göra ett bra jobb med att avleda skadliga gaser.

03 elektrisk uppvärmning

Använd elektrisk värmetråd för att värma upp växthusets framsida, eller använd en elektrisk värmare. Värmeeffekten är anmärkningsvärd, användningen är säker, inga föroreningar genereras i växthuset och värmeutrustningen är lätt att kontrollera. Chen Weiqian och andra anser att problemet med frysskador på vintern i Jiuquan-området hindrar utvecklingen av lokalt Gobi-jordbruk, och elektriska värmeelement kan användas för att värma upp växthuset. På grund av användningen av högkvalitativa elektriska energikällor är dock energiförbrukningen hög och kostnaden hög. Det föreslås att det bör användas som ett tillfälligt sätt att nödvärma vid extrem kyla.

Miljöhanteringsåtgärder

Under produktion och användning av växthus kan inte hela utrustningen och normal drift effektivt säkerställa att dess termiska miljö uppfyller designkraven. Faktum är att användningen och hanteringen av utrustningen ofta spelar en nyckelroll i bildandet och underhållet av den termiska miljön, varav den viktigaste är den dagliga hanteringen av värmeisoleringsdukar och ventiler.

Hantering av värmeisoleringsfilt

Värmeisoleringstäcket är nyckeln till nattlig värmeisolering av takets framsida, så det är oerhört viktigt att förfina dess dagliga skötsel och underhåll, särskilt följande problem bör uppmärksammas: ① Välj lämplig öppnings- och stängningstid för värmeisoleringstäcket. Öppnings- och stängningstiden för värmeisoleringstäcket påverkar inte bara växthusets belysningstid, utan påverkar också uppvärmningsprocessen i växthuset. Att öppna och stänga värmeisoleringstäcket för tidigt eller för sent är inte gynnsamt för värmeuppsamling. Om täcket täcks av för tidigt på morgonen kommer inomhustemperaturen att sjunka för mycket på grund av låg utomhustemperatur och svagt ljus. Om tvärtom tiden för att täcka av är för sent kommer tiden för ljusinsläpp i växthuset att förkortas och tiden för att temperaturen inomhus ska stiga kommer att fördröjas. Om värmeisoleringstäcket stängs av för tidigt på eftermiddagen kommer exponeringstiden inomhus att förkortas och värmelagringen i inomhusmark och väggar kommer att minska. Om tvärtom värmebevarandet stängs av för sent kommer växthusets värmeavledning att öka på grund av låg utomhustemperatur och svagt ljus. Därför är det generellt sett lämpligt att temperaturen stiger efter 1–2 °C när värmeisoleringstäcket slås på på morgonen, medan det är lämpligt att temperaturen stiger efter 1–2 °C när värmeisoleringstäcket är avstängt. ② När du stänger värmeisoleringstäcket, var noga med att observera om värmeisoleringstäcket täcker alla framsida tätt och justera dem i tid om det finns en glipa. ③ Efter att värmeisoleringstäcket är helt nere, kontrollera om den nedre delen har komprimerats för att förhindra att värmebevarande effekten upphävs av vinden på natten. ④ Kontrollera och underhåll värmeisoleringstäcket i tid, särskilt om värmeisoleringstäcket är skadat, reparera eller byt ut det i tid. ⑤ Var uppmärksam på väderförhållandena i tid. Vid regn eller snö, täck över värmeisoleringstäcket i tid och ta bort snön i tid.

Hantering av ventiler

Syftet med ventilation på vintern är att justera lufttemperaturen för att undvika för höga temperaturer runt middagstid. Det andra är att eliminera inomhusfukt, minska luftfuktigheten i växthuset och bekämpa skadedjur och sjukdomar. Det tredje är att öka CO2-koncentrationen inomhus och främja grödors tillväxt. Ventilation och värmehållning är dock motsägelsefulla. Om ventilationen inte hanteras korrekt kommer det sannolikt att leda till problem med låga temperaturer. Därför måste när och hur länge ventilerna ska vara öppna justeras dynamiskt beroende på växthusets miljöförhållanden vid varje given tidpunkt. I de nordvästra, icke-odlade områdena är hanteringen av växthusventiler huvudsakligen uppdelad i två sätt: manuell drift och enkel mekanisk ventilation. Öppningstiden och ventilationstiden för ventilerna baseras dock huvudsakligen på människors subjektiva bedömning, så det kan hända att ventilerna öppnas för tidigt eller för sent. För att lösa ovanstående problem designade Yin Yilei etc. en intelligent takventilationsanordning, som kan bestämma öppningstiden och öppnings- och stängningsstorleken för ventilationshålen beroende på förändringar i inomhusmiljön. Med fördjupningen av forskningen om lagen om miljöförändringar och grödors efterfrågan, såväl som populariseringen och utvecklingen av tekniker och utrustning såsom miljöuppfattning, informationsinsamling, analys och styrning, bör automatisering av ventilationshantering i solcellsväxthus vara en viktig utvecklingsriktning i framtiden.

Andra förvaltningsåtgärder

Vid användning av olika typer av skyddsfilmer försvagas deras ljusöverföringsförmåga gradvis, och försvagningshastigheten är inte bara relaterad till deras egna fysikaliska egenskaper, utan också till omgivningen och hanteringen under användning. Under användningsprocessen är den viktigaste faktorn som leder till försämrad ljusöverföringsprestanda föroreningar av filmens yta. Därför är det oerhört viktigt att regelbundet rengöra och rengöra när förhållandena tillåter. Dessutom bör växthusets inhägnade struktur kontrolleras regelbundet. När det finns en läcka i väggen och taket bör den repareras i tid för att undvika att växthuset påverkas av kall luftinfiltration.

Befintliga problem och utvecklingsriktning

Forskare har under många år utforskat och studerat värmebevarande och lagringsteknik, hanteringsteknik och uppvärmningsmetoder i växthus i nordvästra icke-odlade områden, vilket i grunden har möjliggjort övervintringsproduktion av grönsaker, avsevärt förbättrat växthusens förmåga att motstå skador från lågtemperaturkylning och i grunden möjliggjort övervintringsproduktion av grönsaker. Detta har bidragit historiskt till att minska motsättningen mellan livsmedel och grönsaker som konkurrerar om mark i Kina. Det finns dock fortfarande följande problem med temperaturgarantitekniken i nordvästra Kina.

Växthustyper som ska uppgraderas

För närvarande är de vanligaste typerna av växthus de som byggdes i slutet av 1900-talet och början av detta århundrade, med enkel struktur, orimlig design, dålig förmåga att bibehålla växthusets termiska miljö och motstå naturkatastrofer, samt bristande standardisering. Därför bör formen och lutningen på det främre taket, växthusets azimutvinkel, bakväggens höjd, växthusets sänkdjup etc. standardiseras i framtida växthusdesign genom att helt kombinera de lokala geografiska latituden och klimategenskaperna. Samtidigt kan endast en gröda planteras i ett växthus så långt det är möjligt, så att standardiserad växthusmatchning kan utföras enligt de planterade grödornas ljus- och temperaturkrav.

Växthusskalan är relativt liten.

Om växthusskalan är för liten kommer det att påverka stabiliteten i växthusmiljöns termiska miljö och utvecklingen av mekaniseringen. Med den gradvisa ökningen av arbetskraftskostnaderna är mekaniseringsutvecklingen en viktig riktning i framtiden. Därför bör vi i framtiden utgå från den lokala utvecklingsnivån, ta hänsyn till behoven av mekaniseringsutveckling, rationellt utforma växthusens inre utrymmen och layout, påskynda forskning och utveckling av jordbruksutrustning som är lämplig för lokala områden och förbättra mekaniseringstakten för växthusproduktionen. Samtidigt bör relevant utrustning, i enlighet med grödornas och odlingsmönsternas behov, matchas med standarder, och integrerad forskning och utveckling, innovation och popularisering av ventilations-, fuktighetsreducerings-, värmebevarings- och värmeutrustning bör främjas.

Tjockleken på väggar som sand och ihåliga block är fortfarande tjock.

Om väggen är för tjock, trots att isoleringseffekten är god, kommer det att minska jordens utnyttjandegrad, öka kostnaden och svårigheten att bygga. Därför kan väggtjockleken i framtida utveckling å ena sidan optimeras vetenskapligt i enlighet med de lokala klimatförhållandena. Å andra sidan bör vi främja en lätt och förenklad utveckling av bakväggen, så att växthusets bakvägg endast behåller funktionen att bevara värmen, och använda solfångare och annan utrustning för att ersätta väggens värmelagring och frigöring. Solfångare har egenskaper som hög värmeuppsamlingseffektivitet, stark värmeuppsamlingskapacitet, energibesparing, låga koldioxidutsläpp och så vidare, och de flesta av dem kan realisera aktiv reglering och kontroll, och kan utföra riktad exotermisk uppvärmning i enlighet med växthusets miljökrav på natten, med högre effektivitet i värmeutnyttjandet.

En speciell värmeisoleringstäcke behöver utvecklas.

Det främre taket är den huvudsakliga värmeavledningen i växthus, och värmeisoleringsprestanda hos värmeisoleringsdukar påverkar direkt den termiska inomhusmiljön. För närvarande är temperaturmiljön i växthus i vissa områden inte bra, delvis på grund av att värmeisoleringsduken är för tunn och materialens värmeisoleringsprestanda är otillräcklig. Samtidigt har värmeisoleringsduken fortfarande vissa problem, såsom dålig vattentäthet och skidförmåga, lätt åldring av yt- och kärnmaterial, etc. Därför bör lämpliga värmeisoleringsmaterial i framtiden väljas vetenskapligt utifrån lokala klimategenskaper och krav, och speciella värmeisoleringsduksprodukter som är lämpliga för lokal användning och popularisering bör utformas och utvecklas.

AVSLUTA

Citerad information

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Forskningsstatus för teknik för garanterad miljötemperatur i solcellsväxthus i nordvästlig oodlad mark [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.