Li Jianming, Sun Guotao, etc.Tecnoloxía de enxeñería agrícola hortícola de invernadoiro21-11-2022 17:42 Publicado en Beijing

Nos últimos anos, a industria de invernadoiros desenvolveuse vigorosamente.O desenvolvemento do invernadoiro non só mellora a taxa de utilización da terra e a taxa de produción de produtos agrícolas, senón que tamén resolve o problema do abastecemento de froitas e verduras en temporada baixa.Non obstante, o invernadoiro tamén se atopou con desafíos sen precedentes.As instalacións orixinais, os métodos de calefacción e as formas estruturais produciron resistencia ao medio ambiente e ao desenvolvemento.Necesítanse con urxencia novos materiais e novos deseños para cambiar a estrutura do invernadoiro, e necesítanse con urxencia novas fontes de enerxía para acadar os obxectivos de conservación da enerxía e protección ambiental e aumentar a produción e os ingresos.

Este artigo discute o tema de "nova enerxía, novos materiais, novo deseño para axudar á nova revolución do invernadoiro", incluíndo a investigación e innovación da enerxía solar, a enerxía da biomasa, a enerxía xeotérmica e outras novas fontes de enerxía en invernadoiro, a investigación e aplicación. de novos materiais para cubrición, illamento térmico, paredes e outros equipos, e a perspectiva de futuro e pensar en novas enerxías, novos materiais e novos deseños para axudar á reforma do invernadoiro, co fin de proporcionar referencia á industria.

Desenvolver a agricultura de instalacións é o requisito político e a opción inevitable para aplicar o espírito das instrucións importantes e a toma de decisións do goberno central.En 2020, a superficie total de agricultura protexida en China será de 2,8 millóns de hm2 e o valor da produción superará os 1 billón de yuans.É unha forma importante de mellorar a capacidade de produción de invernadoiros para mellorar a iluminación dos invernadoiros e o rendemento de illamento térmico mediante novas enerxías, novos materiais e novos deseños de invernadoiros.Hai moitas desvantaxes na produción tradicional de invernadoiros, como o carbón, o fuel e outras fontes de enerxía utilizadas para quentar e quentar nos invernadoiros tradicionais, o que orixina unha gran cantidade de gas dióxido, que contamina gravemente o medio ambiente, mentres que o gas natural, a enerxía eléctrica e outras fontes de enerxía aumentan o custo operativo dos invernadoiros.Os materiais tradicionais de almacenamento de calor para as paredes dos invernadoiros son principalmente arxila e ladrillos, que consomen moito e causan graves danos aos recursos terrestres.A eficiencia do uso da terra do invernadoiro solar tradicional con parede de terra é só do 40% ao 50%, e o invernadoiro común ten unha escasa capacidade de almacenamento de calor, polo que non pode vivir o inverno para producir vexetais quentes no norte de China.Polo tanto, o núcleo da promoción do cambio de invernadoiro, ou investigación básica, reside no deseño de invernadoiros, investigación e desenvolvemento de novos materiais e novas enerxías.Este artigo centrarase na investigación e innovación de novas fontes de enerxía en invernadoiro, resumirá o estado da investigación de novas fontes de enerxía como a enerxía solar, a enerxía da biomasa, a enerxía xeotérmica, a enerxía eólica e novos materiais de cuberta transparentes, materiais de illamento térmico e materiais de parede. invernadoiro, analizar a aplicación de novas enerxías e novos materiais na construción de novos invernadoiros e agardar o seu papel no futuro desenvolvemento e transformación do invernadoiro.

Investigación e Innovación de Invernadoiro de Novas Enerxías

A nova enerxía verde con maior potencial de aproveitamento agrícola inclúe a enerxía solar, a enerxía xeotérmica e a enerxía da biomasa, ou a utilización integral dunha variedade de novas fontes de enerxía, para lograr un uso eficiente da enerxía aprendendo dos puntos fortes dos outros.

enerxía solar/enerxía

A tecnoloxía de enerxía solar é un modo de subministración de enerxía de baixo carbono, eficiente e sostible, e é un compoñente importante das industrias estratéxicas emerxentes de China.Convertirase nunha opción inevitable para a transformación e mellora da estrutura enerxética de China no futuro.Desde o punto de vista do aproveitamento enerxético, o propio invernadoiro é unha estrutura de instalacións para o aproveitamento da enerxía solar.A través do efecto invernadoiro, a enerxía solar recóllese no interior, aumenta a temperatura do invernadoiro e prodúcese a calor necesaria para o crecemento das colleitas.A principal fonte de enerxía da fotosíntese das plantas de invernadoiro é a luz solar directa, que é a utilización directa da enerxía solar.

01 Xeración de enerxía fotovoltaica para xerar calor

A xeración de enerxía fotovoltaica é unha tecnoloxía que converte directamente a enerxía luminosa en enerxía eléctrica baseada no efecto fotovoltaico.O elemento clave desta tecnoloxía é a célula solar.Cando a enerxía solar brilla sobre a matriz de paneis solares en serie ou en paralelo, os compoñentes semicondutores converten directamente a enerxía da radiación solar en enerxía eléctrica.A tecnoloxía fotovoltaica pode converter directamente a enerxía luminosa en enerxía eléctrica, almacenar electricidade mediante baterías e quentar o invernadoiro pola noite, pero o seu alto custo restrinxe o seu desenvolvemento posterior.O grupo de investigación desenvolveu un dispositivo de calefacción de grafeno fotovoltaico, que consta de paneis fotovoltaicos flexibles, unha máquina de control inverso todo en un, unha batería de almacenamento e unha varilla de calefacción de grafeno.Segundo a lonxitude da liña de plantación, a barra de calefacción de grafeno está enterrada debaixo da bolsa de substrato.Durante o día, os paneis fotovoltaicos absorben a radiación solar para xerar electricidade e almacenala na batería de almacenamento, e despois a electricidade é liberada pola noite para a varilla de calefacción de grafeno.Na medición real, adóptase o modo de control de temperatura que comeza a 17 ℃ e pecha a 19 ℃.Funcionando pola noite (20:00-08:00 o segundo día) durante 8 horas, o consumo de enerxía para quentar unha soa fila de plantas é de 1,24 kW·h e a temperatura media da bolsa de substrato pola noite é de 19,2 ℃, que é 3,5 ~ 5,3 ℃ superior á do control.Este método de calefacción combinado coa xeración de enerxía fotovoltaica resolve os problemas de alto consumo de enerxía e alta contaminación na calefacción de invernadoiro no inverno.

02 Conversión e utilización fototérmica

A conversión fototérmica solar refírese ao uso dunha superficie especial de recollida de luz solar feita de materiais de conversión fototérmica para recoller e absorber a maior cantidade de enerxía solar irradiada sobre ela e convertela en enerxía térmica.En comparación coas aplicacións solares fotovoltaicas, as aplicacións fototérmicas solares aumentan a absorción da banda do infravermello próximo, polo que ten unha maior eficiencia de utilización de enerxía da luz solar, menor custo e tecnoloxía madura, e é a forma máis utilizada de utilización da enerxía solar.

A tecnoloxía máis madura de conversión e utilización fototérmica en China é o colector solar, cuxo compoñente principal é o núcleo da placa que absorbe a calor con revestimento de absorción selectiva, que pode converter a enerxía da radiación solar que pasa pola placa de cobertura en enerxía térmica e transmitir. ao medio de traballo que absorbe a calor.Os colectores solares pódense dividir en dúas categorías segundo hai ou non un espazo de baleiro no colector: colectores solares planos e colectores solares de tubo de baleiro;colectores solares concentradores e colectores solares non concentradores segundo a radiación solar no porto de iluminación diurna cambie de dirección;e colectores solares líquidos e colectores solares de aire segundo o tipo de medio de traballo de transferencia de calor.

A utilización da enerxía solar no invernadoiro realízase principalmente a través de varios tipos de colectores solares.A Universidade Ibn Zor de Marrocos desenvolveu un sistema activo de quecemento de enerxía solar (ASHS) para o quecemento do invernadoiro, que pode aumentar a produción total de tomate nun 55% no inverno.China Agricultural University deseñou e desenvolveu un conxunto de sistemas de recollida e descarga de ventiladores de superficie, cunha capacidade de recollida de calor de 390,6 ~ 693,0 MJ, e presentou a idea de separar o proceso de recollida de calor do proceso de almacenamento de calor mediante bomba de calor.A Universidade de Bari en Italia desenvolveu un sistema de calefacción de polixeración de invernadoiro, que consiste nun sistema de enerxía solar e unha bomba de calor aire-auga, e pode aumentar a temperatura do aire nun 3,6% e a temperatura do solo nun 92%.O grupo de investigación desenvolveu unha especie de equipo de recollida de calor solar activo con ángulo de inclinación variable para invernadoiro solar e un dispositivo de almacenamento de calor de apoio para o corpo de auga do invernadoiro en todo o tempo.A tecnoloxía de recollida de calor solar activa con inclinación variable rompe as limitacións dos equipos tradicionais de recollida de calor de invernadoiro, como a capacidade limitada de captación de calor, a sombra e a ocupación das terras cultivadas.Ao usar a estrutura especial do invernadoiro do invernadoiro solar, utilízase completamente o espazo non plantado do invernadoiro, o que mellora moito a eficiencia de utilización do espazo do invernadoiro.En condicións típicas de traballo soleado, o sistema activo de recollida de calor solar con inclinación variable alcanza os 1,9 MJ/(m2h), a eficiencia enerxética alcanza o 85,1% e a taxa de aforro de enerxía é do 77%.Na tecnoloxía de almacenamento de calor de invernadoiro, establécese a estrutura de almacenamento de calor de cambio multifásico, aumenta a capacidade de almacenamento de calor do dispositivo de almacenamento de calor e realízase a liberación lenta de calor do dispositivo para realizar o uso eficiente de a calor recollida polos equipos de captación de calor solar do invernadoiro.

enerxía da biomasa

Constrúese unha nova estrutura de instalación combinando o dispositivo de produción de calor de biomasa co invernadoiro, e as materias primas de biomasa, como o esterco de porco, os residuos de cogomelos e a palla, son compostas para producir calor, e a enerxía térmica xerada é subministrada directamente ao invernadoiro. 5].En comparación co invernadoiro sen tanque de calefacción por fermentación de biomasa, o invernadoiro de calefacción pode aumentar efectivamente a temperatura do chan no invernadoiro e manter a temperatura adecuada das raíces dos cultivos cultivados no chan no clima normal no inverno.Tomando como exemplo un invernadoiro de illamento térmico asimétrico dunha soa capa cunha luz de 17 m e unha lonxitude de 30 m como exemplo, engadindo 8 m de residuos agrícolas (palla de tomate e esterco de porco mesturados) ao tanque de fermentación interior para a fermentación natural sen voltear a lata de pila. Aumente a temperatura media diaria do invernadoiro en 4,2 ℃ no inverno e a temperatura mínima diaria media pode alcanzar os 4,6 ℃.

A utilización de enerxía da fermentación controlada por biomasa é un método de fermentación que utiliza instrumentos e equipos para controlar o proceso de fermentación co fin de obter rapidamente e utilizar de forma eficiente a enerxía térmica da biomasa e o fertilizante de gas CO2, entre os que a ventilación e a humidade son os factores clave para regular a calor de fermentación. e produción de gas de biomasa.En condicións de ventilación, os microorganismos aeróbicos do montón de fermentación usan o osíxeno para as actividades vitais, e parte da enerxía xerada utilízase para as súas propias actividades vitais, e parte da enerxía lánzase ao ambiente como enerxía térmica, que é beneficiosa para a temperatura. aumento do medio ambiente.A auga participa en todo o proceso de fermentación, proporcionando os nutrientes solubles necesarios para as actividades microbianas e, ao mesmo tempo, libera a calor do montón en forma de vapor a través da auga, para reducir a temperatura do montón, prolongar a vida útil do montón. microorganismos e aumentar a temperatura a granel do montón.Instalar un dispositivo de lixiviación de palla no tanque de fermentación pode aumentar a temperatura interior de 3 a 5 ℃ no inverno, reforzar a fotosíntese das plantas e aumentar o rendemento de tomate nun 29,6%.

Enerxía xeotérmica

China é rica en recursos xeotérmicos.Na actualidade, a forma máis común para que as instalacións agrícolas utilicen a enerxía xeotérmica é empregar unha bomba de calor terrestre, que pode transferir de enerxía térmica de baixa calidade a enerxía térmica de alta calidade introducindo unha pequena cantidade de enerxía de alta calidade (como enerxía eléctrica).A diferenza das medidas tradicionais de calefacción de invernadoiro, a calefacción da bomba de calor terrestre non só pode lograr un efecto de calefacción significativo, senón que tamén pode arrefriar o invernadoiro e reducir a humidade no invernadoiro.A investigación de aplicacións da bomba de calor terrestre no campo da construción de vivendas está madura.A parte central que afecta a capacidade de calefacción e refrixeración da bomba de calor terrestre é o módulo de intercambio de calor subterráneo, que inclúe principalmente tubos enterrados, pozos subterráneos, etc. Como deseñar un sistema de intercambio de calor subterráneo cun custo e efecto equilibrado sempre foi o foco de investigación desta parte.Ao mesmo tempo, o cambio da temperatura da capa de solo subterránea na aplicación da bomba de calor terrestre tamén afecta o efecto de uso do sistema de bomba de calor.Usar a bomba de calor terrestre para arrefriar o invernadoiro no verán e almacenar a enerxía térmica na capa profunda do solo pode aliviar a caída de temperatura da capa subterránea e mellorar a eficiencia de produción de calor da bomba de calor terrestre no inverno.

Na actualidade, na investigación do rendemento e eficiencia da bomba de calor terrestre, a través dos datos experimentais reais, establécese un modelo numérico con software como TOUGH2 e TRNSYS, e conclúese que o rendemento de calefacción e o coeficiente de rendemento (COP). ) da bomba de calor terrestre pode chegar a 3,0 ~ 4,5, o que ten un bo efecto de refrixeración e calefacción.Na investigación da estratexia de funcionamento do sistema de bomba de calor, Fu Yunzhun e outros descubriron que, en comparación co fluxo do lado da carga, o fluxo do lado da fonte terrestre ten un maior impacto no rendemento da unidade e no rendemento da transferencia de calor do tubo enterrado. .Baixo a condición de axuste do fluxo, o valor máximo de COP da unidade pode alcanzar 4,17 adoptando o esquema de operación de funcionar durante 2 horas e deterse durante 2 horas;Shi Huixian et.adoptou un modo de operación intermitente do sistema de refrixeración de almacenamento de auga.No verán, cando a temperatura é alta, o COP de todo o sistema de subministración de enerxía pode chegar a 3,80.

Tecnoloxía de almacenamento de calor profundo do solo en invernadoiro

O almacenamento profundo da calor do solo no invernadoiro tamén se denomina "banco de almacenamento de calor" no invernadoiro.Os danos por frío no inverno e as altas temperaturas no verán son os principais obstáculos para a produción en invernadoiro.Baseándose na forte capacidade de almacenamento de calor do solo profundo, o grupo de investigación deseñou un dispositivo de almacenamento de calor profundo subterráneo de invernadoiro.O dispositivo é unha canalización paralela de transferencia de calor de dobre capa enterrada a unha profundidade de 1,5 ~ 2,5 m baixo terra no invernadoiro, cunha entrada de aire na parte superior do invernadoiro e unha saída de aire no chan.Cando a temperatura no invernadoiro é alta, o aire interior é bombeado pola forza ao chan mediante un ventilador para lograr o almacenamento de calor e a redución da temperatura.Cando a temperatura do invernadoiro é baixa, extráese calor do chan para quentar o invernadoiro.Os resultados da produción e da aplicación mostran que o dispositivo pode aumentar a temperatura do invernadoiro en 2,3 ℃ na noite de inverno, reducir a temperatura interior en 2,6 ℃ no día de verán e aumentar o rendemento de tomate en 1500 kg en 667 m.².O dispositivo fai pleno uso das características de "cálido no inverno e fresco no verán" e "temperatura constante" do solo subterráneo profundo, proporciona un "banco de acceso á enerxía" para o invernadoiro e completa continuamente as funcións auxiliares de refrixeración e calefacción do invernadoiro. .

Coordinación multi-enerxética

Usar dous ou máis tipos de enerxía para quentar o invernadoiro pode compensar eficazmente as desvantaxes do tipo único de enerxía e darlle xogo ao efecto de superposición de "un máis un é maior que dous".A cooperación complementaria entre a enerxía xeotérmica e a enerxía solar é un foco de investigación sobre a utilización de novas enerxías na produción agrícola nos últimos anos.Emmi et.estudou un sistema de enerxía de fontes múltiples (Figura 1), que está equipado cun colector solar híbrido fotovoltaico-térmico.En comparación co sistema común de bomba de calor aire-auga, a eficiencia enerxética do sistema enerxético de fontes múltiples mellora nun 16% ~ 25%.Zheng et.desenvolveu un novo tipo de sistema de almacenamento de calor acoplado de enerxía solar e bomba de calor terrestre.O sistema de colectores solares pode realizar un almacenamento estacional de calefacción de alta calidade, é dicir, calefacción de alta calidade no inverno e refrixeración de alta calidade no verán.O intercambiador de calor de tubos enterrado e o tanque de almacenamento de calor intermitente poden funcionar ben no sistema e o valor COP do sistema pode chegar a 6,96.

Combinado coa enerxía solar, ten como obxectivo reducir o consumo de enerxía comercial e mellorar a estabilidade da subministración de enerxía solar no invernadoiro.Wan Ya et.presentou un novo esquema de tecnoloxía de control intelixente de combinar a xeración de enerxía solar con enerxía comercial para a calefacción de invernadoiro, que pode facer uso da enerxía fotovoltaica cando hai luz e convertela en enerxía comercial cando non hai luz, reducindo moito a escaseza de enerxía de carga. tarifa e reducindo o custo económico sen usar pilas.

A enerxía solar, a enerxía da biomasa e a enerxía eléctrica poden quentar conxuntamente os invernadoiros, o que tamén pode acadar unha alta eficiencia de calefacción.Zhang Liangrui e outros combinaron a recollida de calor do tubo de baleiro solar co tanque de auga de almacenamento de calor de electricidade do val.O sistema de calefacción do invernadoiro ten un bo confort térmico e a eficiencia de calefacción media do sistema é do 68,70%.O depósito de auga de almacenamento de calor eléctrico é un dispositivo de almacenamento de auga de calefacción de biomasa con calefacción eléctrica.Establécese a temperatura máis baixa da entrada de auga no extremo de calefacción e a estratexia de funcionamento do sistema determínase segundo a temperatura de almacenamento da auga da parte de recollida de calor solar e da parte de almacenamento de calor da biomasa, para conseguir unha temperatura de calefacción estable no calefacción final e aforrar enerxía eléctrica e materiais de enerxía de biomasa na máxima medida.

Investigación innovadora e aplicación de novos materiais de invernadoiro

Coa expansión da área de invernadoiro, revélanse cada vez máis as desvantaxes da aplicación dos materiais tradicionais de invernadoiro, como ladrillos e solo.Polo tanto, para mellorar aínda máis o rendemento térmico do invernadoiro e satisfacer as necesidades de desenvolvemento do invernadoiro moderno, hai moitas investigacións e aplicacións de novos materiais de cuberta transparentes, materiais de illamento térmico e materiais de parede.

Investigación e aplicación de novos materiais de cuberta transparente

Os tipos de materiais de cuberta transparentes para invernadoiros inclúen principalmente película plástica, vidro, paneis solares e paneis fotovoltaicos, entre os que a película plástica ten a maior área de aplicación.A película de PE de invernadoiro tradicional ten os defectos de vida útil curta, non degradación e función única.Na actualidade, desenvolvéronse unha variedade de novas películas funcionais engadindo reactivos ou recubrimentos funcionais.

Película de conversión de luz:A película de conversión de luz cambia as propiedades ópticas da película mediante o uso de axentes de conversión de luz, como terras raras e nanomateriales, e pode converter a rexión de luz ultravioleta en luz vermella laranxa e luz azul violeta requirida pola fotosíntese das plantas, aumentando así o rendemento dos cultivos e reducindo o rendemento. o dano da luz ultravioleta aos cultivos e ás películas de invernadoiro en invernadoiros de plástico.Por exemplo, a película de invernadoiro de banda ancha de violeta a vermello con axente de conversión de luz VTR-660 pode mellorar significativamente a transmitancia infravermella cando se aplica no invernadoiro, e en comparación co invernadoiro de control, o rendemento de tomate por hectárea, vitamina C e contido de licopeno. increméntanse significativamente nun 25,71%, 11,11% e 33,04% respectivamente.Non obstante, na actualidade, aínda hai que estudar a vida útil, a degradabilidade e o custo da nova película de conversión de luz.

Vidro espallado: O vidro espallado no invernadoiro é un patrón especial e tecnoloxía anti-reflexión na superficie do vidro, que pode maximizar a luz solar en luz dispersa e entrar no invernadoiro, mellorar a eficiencia da fotosíntese dos cultivos e aumentar o rendemento dos cultivos.O vidro de dispersión converte a luz que entra no invernadoiro en luz dispersa a través de patróns especiais, e a luz dispersa pode irradiarse de forma máis uniforme no invernadoiro, eliminando a influencia da sombra do esqueleto no invernadoiro.En comparación co vidro flotado ordinario e o vidro flotado ultrabranco, o estándar de transmisión da luz do vidro de dispersión é do 91,5% e o do vidro flotado común é do 88%.Por cada 1% de aumento da transmitancia da luz dentro do invernadoiro, o rendemento pódese aumentar nun 3% e o azucre soluble e a vitamina C en froitas e verduras aumentaron.O vidro de dispersión no invernadoiro está revestido primeiro e despois templado, e a taxa de autoexplosión é superior ao estándar nacional, chegando ao 2‰.

Investigación e aplicación de novos materiais de illamento térmico

Os materiais tradicionais de illamento térmico en invernadoiro inclúen principalmente esterilla de palla, colcha de papel, colcha de illamento térmico de feltro agulla, etc., que se usan principalmente para illamento térmico interno e externo de tellados, illamento de paredes e illamento térmico dalgúns dispositivos de almacenamento e recollida de calor. .A maioría deles teñen o defecto de perder o rendemento de illamento térmico debido á humidade interna despois dun uso prolongado.Polo tanto, hai moitas aplicacións de novos materiais de alta illamento térmico, entre as que a nova colcha de illamento térmico, os dispositivos de almacenamento e recollida de calor son o foco da investigación.

Os novos materiais de illamento térmico adoitan facerse procesando e mesturando materiais impermeables e resistentes ao envellecemento superficial, como película tecida e feltro revestido con materiais de illamento térmico mullidos, como algodón revestido con pulverización, caxemir varios e algodón perlado.Probouse un edredón de illamento térmico de algodón revestido con película tecida no nordeste da China.Descubriuse que engadir 500 g de algodón revestido con pulverización equivalía ao rendemento de illamento térmico dun edredón de illamento térmico de feltro negro de 4500 g no mercado.Nas mesmas condicións, o rendemento de illamento térmico do algodón revestido por pulverización de 700 g mellorou en 1 ~ 2 ℃ en comparación co do edredón de illamento térmico de algodón revestido por pulverización de 500 g.Ao mesmo tempo, outros estudos tamén descubriron que, en comparación cos edredóns de illamento térmico de uso común no mercado, o efecto de illamento térmico dos edredóns de illamento térmico de algodón revestido por pulverización e varios edredóns de cachemira é mellor, cunhas taxas de illamento térmico do 84,0% e 83,3. % respectivamente.Cando a temperatura exterior máis fría é de -24,4 ℃, a temperatura interior pode chegar a 5,4 e 4,2 ℃ respectivamente.En comparación coa colcha de illamento de manta de palla única, a nova colcha de illamento composto ten as vantaxes de peso lixeiro, alta taxa de illamento, forte impermeabilidade e resistencia ao envellecemento e pódese usar como un novo tipo de material de illamento de alta eficiencia para invernadoiros solares.

Ao mesmo tempo, segundo a investigación de materiais de illamento térmico para dispositivos de recollida e almacenamento de calor de invernadoiro, tamén se constata que, cando o espesor é o mesmo, os materiais de illamento térmico compostos de varias capas teñen un mellor rendemento de illamento térmico que os materiais individuais.O equipo do profesor Li Jianming da Northwest A&F University deseñou e analizou 22 tipos de materiais de illamento térmico de dispositivos de almacenamento de auga de invernadoiro, como tarxetas de baleiro, aeroxel e algodón de goma, e mediron as súas propiedades térmicas.Os resultados mostraron que o revestimento de illamento térmico de 80 mm + aeroxel + material de illamento térmico composto de algodón de caucho-plástico podería reducir a disipación de calor en 0,367 MJ por unidade de tempo en comparación co algodón de caucho-plástico de 80 mm, e o seu coeficiente de transferencia de calor foi de 0,283 W/m2. ·k) cando o espesor da combinación de illamento fose de 100 mm.

O material de cambio de fase é un dos puntos quentes na investigación de materiais de invernadoiro.Northwest A&F University desenvolveu dous tipos de dispositivos de almacenamento de material de cambio de fase: un é unha caixa de almacenamento feita de polietileno negro, que ten un tamaño de 50 cm × 30 cm × 14 cm (longitud × altura × grosor) e está chea de materiais de cambio de fase, polo que que pode almacenar calor e liberar calor;En segundo lugar, desenvólvese un novo tipo de panel de cambio de fase.O panel de cambio de fase está composto por material de cambio de fase, placa de aluminio, placa de aluminio-plástico e aliaxe de aluminio.O material de cambio de fase está situado na posición máis central do taboleiro e a súa especificación é de 200 mm × 200 mm × 50 mm.É un sólido en po antes e despois do cambio de fase, e non hai ningún fenómeno de fusión ou fluxo.As catro paredes do material de cambio de fase son placa de aluminio e placa de aluminio-plástico, respectivamente.Este dispositivo pode realizar as funcións de almacenar calor principalmente durante o día e liberar calor principalmente pola noite.

Polo tanto, hai algúns problemas na aplicación de material de illamento térmico único, como unha baixa eficiencia de illamento térmico, gran perda de calor, curto tempo de almacenamento de calor, etc. Polo tanto, o uso de material de illamento térmico composto como capa de illamento térmico e illamento térmico interior e exterior. A capa de recubrimento do dispositivo de almacenamento de calor pode mellorar eficazmente o rendemento de illamento térmico do invernadoiro, reducir a perda de calor do invernadoiro e conseguir así o efecto de aforro de enerxía.

Investigación e Aplicación de Novo Muro

Como unha especie de estrutura de cerramento, a parede é unha barreira importante para a protección contra o frío do invernadoiro e a conservación da calor.Segundo os materiais e estruturas da parede, o desenvolvemento da parede norte do invernadoiro pódese dividir en tres tipos: a parede dunha soa capa feita de chan, ladrillos, etc., e a parede norte en capas feita de ladrillos de arxila, ladrillos de bloque, placas de poliestireno, etc., con almacenamento de calor interior e illamento térmico exterior, e a maioría destas paredes son lentos e requiren moito traballo;Polo tanto, nos últimos anos apareceron moitos novos tipos de muros, fáciles de construír e axeitados para a montaxe rápida.

A aparición de muros montados de novo tipo promove o rápido desenvolvemento de invernadoiros montados, incluíndo muros compostos de novo tipo con materiais exteriores impermeables e antienvellecemento e materiais como fieltro, algodón perlado, algodón espacial, algodón vidro ou algodón reciclado como calor. capas de illamento, como paredes flexibles ensambladas de algodón unido por pulverización en Xinjiang.Ademais, outros estudos tamén informaron da parede norte do invernadoiro montado con capa de almacenamento de calor, como o bloque de morteiro de casca de trigo cheo de ladrillos en Xinjiang.Baixo o mesmo ambiente externo, cando a temperatura exterior máis baixa é de -20,8 ℃, a temperatura no invernadoiro solar con parede composta de bloque de morteiro de casca de trigo é de 7,5 ℃, mentres que a temperatura no invernadoiro solar con muro de formigón é de 3,2 ℃.O tempo de colleita de tomate en invernadoiro de ladrillos pódese adiantar 16 días e o rendemento dun único invernadoiro pódese aumentar nun 18,4%.

O equipo da instalación da Northwest A&F University presentou a idea de deseño de facer palla, chan, auga, pedra e materiais de cambio de fase en módulos de illamento térmico e de almacenamento de calor desde o ángulo da luz e o deseño simplificado da parede, o que promoveu a investigación de aplicacións de montaxes modulares. muro.Por exemplo, en comparación co invernadoiro de parede de ladrillo común, a temperatura media no invernadoiro é 4,0 ℃ máis alta nun día soleado típico.Tres tipos de módulos de cemento de cambio de fase inorgánico, que están feitos de material de cambio de fase (PCM) e cemento, acumularon calor de 74,5, 88,0 e 95,1 MJ/m³, e liberaron calor de 59,8, 67,8 e 84,2 MJ/m³, respectivamente.Teñen as funcións de "corte de pico" durante o día, "enchedo de val" pola noite, absorbendo calor no verán e liberando calor no inverno.

Estes novos muros son montados no lugar, cun período de construción curto e unha longa vida útil, que crean condicións para a construción de invernadoiros prefabricados lixeiros, simplificados e de rápida montaxe, podendo promover en gran medida a reforma estrutural dos invernadoiros.Non obstante, hai algúns defectos neste tipo de paredes, como a parede de colcha de illamento térmico de algodón unido por pulverización ten un excelente rendemento de illamento térmico, pero carece de capacidade de almacenamento de calor e o material de construción de cambio de fase ten o problema dun alto custo de uso.No futuro, a investigación de aplicacións de muros montados debe ser reforzada.

Novas enerxías, novos materiais e novos deseños axudan a cambiar a estrutura do invernadoiro.

A investigación e innovación de novas enerxías e novos materiais proporcionan a base para a innovación do deseño do invernadoiro.Os invernadoiros solares de aforro enerxético e as casetas de arco son as estruturas de cobertizo máis grandes da produción agrícola de China e desempeñan un papel importante na produción agrícola.Non obstante, co desenvolvemento da economía social de China, as deficiencias dos dous tipos de estruturas de instalacións preséntanse cada vez máis.En primeiro lugar, o espazo das estruturas das instalacións é pequeno e o grao de mecanización é baixo;En segundo lugar, o invernadoiro solar de aforro enerxético ten un bo illamento térmico, pero o uso da terra é baixo, o que equivale a substituír a enerxía do invernadoiro por terra.O cobertizo de arco común non só ten un espazo reducido, senón que tamén ten un mal illamento térmico.Aínda que o invernadoiro de varios espazos ten un gran espazo, ten un mal illamento térmico e un alto consumo de enerxía.Polo tanto, é imperativo investigar e desenvolver a estrutura do invernadoiro axeitada ao nivel social e económico actual de China, e a investigación e desenvolvemento de novas enerxías e novos materiais axudará a cambiar a estrutura do invernadoiro e a producir unha variedade de modelos ou estruturas innovadoras de invernadoiro.

Investigación innovadora sobre invernadoiro de cervexa asimétrico controlado por auga de gran alcance

O invernadoiro de cervexa controlado por auga asimétrica de gran alcance (número de patente: ZL 201220391214.2) baséase no principio do invernadoiro de luz solar, cambiando a estrutura simétrica do invernadoiro de plástico común, aumentando o espazo sur, aumentando a área de iluminación do tellado sur, reducindo o tramo norte e reducindo a área de disipación de calor, cun tramo de 18 ~ 24 m e unha altura de cumio de 6 ~ 7 m.A través da innovación do deseño, a estrutura espacial aumentou significativamente.Ao mesmo tempo, os problemas de calor insuficiente no invernadoiro no inverno e o mal illamento térmico dos materiais de illamento térmico comúns resólvense mediante o uso de novas tecnoloxías de calor de elaboración de biomasa e materiais de illamento térmico.Os resultados da produción e da investigación mostran que o invernadoiro de cervexa controlado por auga asimétrica de gran envergadura, cunha temperatura media de 11,7 ℃ nos días soleados e de 10,8 ℃ nos días nubrados, pode satisfacer a demanda de crecemento da colleita no inverno e o custo de construción de o invernadoiro redúcese nun 39,6% e a taxa de utilización da terra increméntase en máis dun 30% en comparación coa do invernadoiro de parede de ladrillo de poliestireno, que é adecuado para unha maior popularización e aplicación na conca do río Amarelo Huaihe de China.

Invernadoiro de luz solar montado

O invernadoiro de luz solar montado leva columnas e esqueleto do tellado como estrutura de carga, e o seu material de parede é principalmente un recinto de illamento térmico, en lugar de almacenamento e liberación de calor pasivo.Principalmente: (1) fórmase un novo tipo de parede ensamblada combinando varios materiais como película recuberta ou placa de aceiro de cor, bloque de palla, colcha de illamento térmico flexible, bloque de morteiro, etc. (2) placa de parede composta feita de placa de cemento prefabricada -placa de poliestireno-placa de cemento;(3) Tipo de montaxe lixeiro e sinxelo de materiais de illamento térmico con sistema activo de almacenamento e liberación de calor e sistema de deshumidificación, como o almacenamento de calor en balde cadrado de plástico e o almacenamento de calor por canalización.Usar novos materiais de illamento térmico e materiais de almacenamento de calor en lugar da tradicional parede de terra para construír un invernadoiro solar ten un gran espazo e unha pequena enxeñería civil.Os resultados experimentais mostran que a temperatura do invernadoiro durante a noite no inverno é 4,5 ℃ superior á do invernadoiro tradicional de parede de ladrillo, e o grosor da parede traseira é de 166 mm.En comparación co invernadoiro de parede de ladrillo de 600 mm de espesor, a superficie ocupada da parede redúcese nun 72% e o custo por metro cadrado é de 334,5 yuan, o que é 157,2 yuan inferior ao do invernadoiro de parede de ladrillo, e o custo de construción. baixou significativamente.Polo tanto, o invernadoiro montado ten as vantaxes de destruír menos terras cultivadas, aforro de terras, rápida velocidade de construción e longa vida útil, e é unha dirección clave para a innovación e o desenvolvemento de invernadoiros solares no presente e no futuro.

Invernadoiro de luz solar deslizante

O invernadoiro solar de aforro enerxético montado en monopatín desenvolvido pola Universidade Agrícola de Shenyang utiliza a parede traseira do invernadoiro solar para formar un sistema de almacenamento de calor de parede que circula auga para almacenar calor e aumentar a temperatura, que está composto principalmente por unha piscina (32 m).³), unha placa colectora de luz (360 m²), unha bomba de auga, un tubo de auga e un controlador.A colcha flexible de illamento térmico substitúese por un novo material de chapa de aceiro de cor lixeiro de la de rocha na parte superior.A investigación mostra que este deseño resolve de forma eficaz o problema dos gables que bloquean a luz e aumenta a área de entrada de luz do invernadoiro.O ángulo de iluminación do invernadoiro é de 41,5 °, o que é case 16 ° superior ao do invernadoiro de control, mellorando así a taxa de iluminación.A distribución da temperatura interior é uniforme e as plantas crecen ordenadamente.O invernadoiro ten as vantaxes de mellorar a eficiencia do uso da terra, deseñar de forma flexible o tamaño do invernadoiro e acurtar o período de construción, o que é de gran importancia para protexer os recursos e o medio ambiente cultivados.

Invernadoiro fotovoltaico

O invernadoiro agrícola é un invernadoiro que integra a xeración de enerxía solar fotovoltaica, o control intelixente da temperatura e a plantación moderna de alta tecnoloxía.Adopta un marco óseo de aceiro e está cuberto con módulos solares fotovoltaicos para garantir os requisitos de iluminación dos módulos de xeración de enerxía fotovoltaica e os requisitos de iluminación de todo o invernadoiro.A corrente continua xerada pola enerxía solar complementa directamente a luz dos invernadoiros agrícolas, apoia directamente o funcionamento normal dos equipos de invernadoiro, impulsa o rego dos recursos hídricos, aumenta a temperatura do invernadoiro e promove o rápido crecemento dos cultivos.Os módulos fotovoltaicos deste xeito afectarán a eficiencia da iluminación do tellado do invernadoiro e, a continuación, afectarán o crecemento normal dos vexetais do invernadoiro.Polo tanto, a disposición racional dos paneis fotovoltaicos no tellado do invernadoiro convértese no punto clave de aplicación.O invernadoiro agrícola é o produto da combinación orgánica de agricultura turística e xardinería de instalacións, e é unha industria agrícola innovadora que integra a xeración de enerxía fotovoltaica, turismo agrícola, cultivos agrícolas, tecnoloxía agrícola, paisaxe e desenvolvemento cultural.

Deseño innovador do grupo de invernadoiros con interacción enerxética entre diferentes tipos de invernadoiros

Guo Wenzhong, investigador da Academia de Ciencias Agrícolas e Forestais de Pequín, utiliza o método de calefacción de transferencia de enerxía entre invernadoiros para recoller a enerxía térmica restante nun ou máis invernadoiros para quentar outro ou máis invernadoiros.Este método de calefacción realiza a transferencia de enerxía de efecto invernadoiro no tempo e no espazo, mellora a eficiencia de utilización da enerxía da calor do invernadoiro restante e reduce o consumo total de enerxía de calefacción.Os dous tipos de invernadoiros poden ser diferentes tipos de invernadoiro ou o mesmo tipo de invernadoiro para plantar varios cultivos, como invernadoiros de leitugas e tomates.Os métodos de recollida de calor inclúen principalmente a extracción de calor do aire interior e a interceptación directa da radiación incidente.Mediante a recollida de enerxía solar, a convección forzada mediante intercambiador de calor e a extracción forzada mediante bomba de calor, extraíase a calor excedente no invernadoiro de alta enerxía para quentar o invernadoiro.

resumir

Estes novos invernadoiros solares teñen as vantaxes dunha montaxe rápida, un período de construción reducido e unha mellora da taxa de utilización da terra.Polo tanto, é necesario seguir explorando o rendemento destes novos invernadoiros en diferentes áreas, e ofrecer a posibilidade de popularización e aplicación a gran escala de novos invernadoiros.Ao mesmo tempo, cómpre reforzar continuamente a aplicación de novas enerxías e novos materiais nos invernadoiros, para proporcionar potencia para a reforma estrutural dos invernadoiros.

Perspectiva de futuro e pensamento

Os invernadoiros tradicionais adoitan presentar algunhas desvantaxes, como o alto consumo de enerxía, a baixa taxa de utilización da terra, o tempo e man de obra, o mal rendemento, etc., que xa non poden satisfacer as necesidades de produción da agricultura moderna e están obrigados a ir gradualmente eliminado.Polo tanto, é unha tendencia de desenvolvemento utilizar novas fontes de enerxía como a enerxía solar, a enerxía da biomasa, a enerxía xeotérmica e a enerxía eólica, novos materiais de aplicación de invernadoiros e novos deseños para promover o cambio estrutural do invernadoiro.En primeiro lugar, o novo invernadoiro impulsado por novas enerxías e novos materiais non só debe satisfacer as necesidades de funcionamento mecanizado, senón que tamén aforra enerxía, terra e custos.En segundo lugar, é necesario explorar constantemente o rendemento de novos invernadoiros en diferentes áreas, para proporcionar condicións para a popularización a gran escala dos invernadoiros.No futuro, deberíamos buscar máis novas enerxías e novos materiais axeitados para a aplicación en invernadoiros e atopar a mellor combinación de novas enerxías, novos materiais e invernadoiros, para que sexa posible construír un novo invernadoiro cunha construción curta e de baixo custo. período, baixo consumo de enerxía e excelente rendemento, axudan a cambiar a estrutura do invernadoiro e promoven o desenvolvemento de modernización dos invernadoiros en China.

Aínda que a aplicación de novas enerxías, novos materiais e novos deseños na construción de invernadoiros é unha tendencia inevitable, aínda quedan moitos problemas por estudar e superar: (1) O custo da construción aumenta.En comparación coa calefacción tradicional con carbón, gas natural ou petróleo, a aplicación de novas enerxías e novos materiais é respectuosa co medio ambiente e libre de contaminación, pero o custo de construción aumenta significativamente, o que ten un certo impacto na recuperación do investimento da produción e da operación. .En comparación co uso de enerxía, o custo dos novos materiais aumentará significativamente.(2) Aproveitamento inestable da enerxía térmica.A maior vantaxe da nova utilización de enerxía é o baixo custo operativo e a baixa emisión de dióxido de carbono, pero a subministración de enerxía e calor é inestable, e os días nubrados convértense no maior factor limitante na utilización da enerxía solar.No proceso de produción de calor de biomasa por fermentación, a utilización efectiva desta enerxía está limitada polos problemas de baixa enerxía térmica de fermentación, difícil xestión e control e gran espazo de almacenamento para o transporte de materias primas.(3) Madurez tecnolóxica.Estas tecnoloxías utilizadas polas novas enerxías e os novos materiais son investigacións avanzadas e logros tecnolóxicos, e a súa área de aplicación e alcance aínda son bastante limitados.Non pasaron moitas veces, moitos sitios e verificación práctica a gran escala, e inevitablemente hai algunhas deficiencias e contidos técnicos que hai que mellorar na aplicación.Os usuarios adoitan negar o avance da tecnoloxía por mor das pequenas deficiencias.(4) A taxa de penetración da tecnoloxía é baixa.A ampla aplicación dun logro científico e tecnolóxico require certa popularidade.Na actualidade, as novas enerxías, as novas tecnoloxías e as novas tecnoloxías de deseño de invernadoiros están todos no equipo dos centros de investigación científica das universidades con certa capacidade de innovación, e a maioría dos demandantes técnicos ou deseñadores aínda non o saben;Ao mesmo tempo, a popularización e aplicación das novas tecnoloxías aínda son bastante limitadas porque os equipos básicos das novas tecnoloxías están patentados.(5) Hai que reforzar aínda máis a integración de novas enerxías, novos materiais e o deseño da estrutura do invernadoiro.Debido a que a enerxía, os materiais e o deseño de estruturas de invernadoiro pertencen a tres disciplinas diferentes, os talentos con experiencia en deseño de invernadoiros adoitan carecer de investigación sobre enerxía e materiais relacionados cos invernadoiros, e viceversa;Polo tanto, os investigadores relacionados coa investigación enerxética e materiais deben reforzar a investigación e a comprensión das necesidades reais do desenvolvemento da industria de invernadoiros, e os deseñadores estruturais tamén deben estudar novos materiais e novas enerxías para promover a profunda integración das tres relacións, co fin de lograr o obxectivo da tecnoloxía práctica de investigación de invernadoiros, baixo custo de construción e bo efecto de uso.Con base nos problemas anteriores, suxírese que o estado, os gobernos locais e os centros de investigación científica intensifiquen a investigación técnica, realicen investigacións conxuntas en profundidade, fortalezan a publicidade dos logros científicos e tecnolóxicos, melloren a popularización dos logros e realicen rapidamente o obxectivo de novas enerxías e novos materiais para axudar ao novo desenvolvemento da industria de invernadoiros.

Información citada

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Novas enerxías, novos materiais e novo deseño axudan á nova revolución do invernadoiro [J].Vexetais, 2022,(10):1-8.