Tecnoloxía de enxeñaría agrícola hortícola de invernadoiro 2022-12-02 17:30 publicado en Pequín

O desenvolvemento de invernadoiros solares en zonas non cultivadas como o deserto, o Gobi e as terras areosas resolveu eficazmente a contradición entre os alimentos e as verduras que compiten pola terra. É un dos factores ambientais decisivos para o crecemento e desenvolvemento dos cultivos de temperatura, que a miúdo determina o éxito ou o fracaso da produción de cultivos de invernadoiro. Polo tanto, para desenvolver invernadoiros solares en zonas non cultivadas, primeiro debemos resolver o problema da temperatura ambiental dos invernadoiros. Neste artigo, resúmense os métodos de control da temperatura empregados nos invernadoiros de terras non cultivadas nos últimos anos, e analízanse e resúmense os problemas existentes e a dirección de desenvolvemento da temperatura e a protección ambiental nos invernadoiros solares de terras non cultivadas.

China ten unha gran poboación e menos recursos terrestres dispoñibles. Máis do 85 % dos recursos terrestres son recursos terrestres non cultivados, que se concentran principalmente no noroeste da China. O documento n.º 1 do Comité Central de 2022 sinalaba que se debía acelerar o desenvolvemento da agricultura de instalacións e, sobre a base da protección do medio ambiente ecolóxico, se debían explorar os terreos baldíos e baldíos explotables para desenvolver a agricultura de instalacións. O noroeste da China é rico en desertos, Gobi, terreos baldíos e outros recursos terrestres non cultivados, así como en recursos naturais de luz e calor, que son axeitados para o desenvolvemento da agricultura de instalacións. Polo tanto, o desenvolvemento e a utilización de recursos terrestres non cultivados para desenvolver invernadoiros de terras non cultivadas ten unha gran importancia estratéxica para garantir a seguridade alimentaria nacional e aliviar os conflitos polo uso da terra.

Na actualidade, os invernadoiros solares non cultivados son a principal forma de desenvolvemento agrícola de alta eficiencia en terras non cultivadas. No noroeste da China, a diferenza de temperatura entre o día e a noite é grande e a temperatura nocturna no inverno é baixa, o que a miúdo leva ao fenómeno de que a temperatura mínima interior sexa inferior á temperatura necesaria para o crecemento e desenvolvemento normal dos cultivos. A temperatura é un dos factores ambientais indispensables para o crecemento e desenvolvemento dos cultivos. Unha temperatura demasiado baixa ralentizará a reacción fisiolóxica e bioquímica dos cultivos e ralentizará o seu crecemento e desenvolvemento. Cando a temperatura é inferior ao límite que os cultivos poden soportar, mesmo provocará danos por conxelación. Polo tanto, é especialmente importante garantir a temperatura necesaria para o crecemento e desenvolvemento normal dos cultivos. Para manter a temperatura adecuada do invernadoiro solar, non hai unha única medida que se poida resolver. Debe garantirse desde os aspectos do deseño do invernadoiro, a construción, a selección de materiais, a regulación e a xestión diaria. Polo tanto, este artigo resumirá o estado da investigación e o progreso do control da temperatura dos invernadoiros non cultivados na China nos últimos anos desde os aspectos do deseño e construción de invernadoiros, as medidas de conservación da calor e quecemento e a xestión ambiental, co fin de proporcionar unha referencia sistemática para o deseño e a xestión racionais dos invernadoiros non cultivados.

Estrutura e materiais do invernadoiro

O ambiente térmico do invernadoiro depende principalmente da capacidade de transmisión, intercepción e almacenamento da radiación solar do invernadoiro, o que está relacionado co deseño razoable da orientación do invernadoiro, a forma e o material da superficie transmisora ​​de luz, a estrutura e o material da parede e do teito traseiro, o illamento dos cimentos, o tamaño do invernadoiro, o modo de illamento nocturno e o material do teito dianteiro, etc., e tamén se relaciona con se a construción e o proceso de construción do invernadoiro poden garantir a realización efectiva dos requisitos de deseño.

Capacidade de transmisión de luz do teito dianteiro

A principal enerxía do invernadoiro provén do sol. Aumentar a capacidade de transmisión de luz do teito frontal é beneficioso para que o invernadoiro obteña máis calor e tamén é unha base importante para garantir a temperatura ambiente do invernadoiro no inverno. Na actualidade, existen tres métodos principais para aumentar a capacidade de transmisión de luz e o tempo de recepción de luz do teito frontal do invernadoiro.

01 deseño orientación e acimut razoables do invernadoiro

A orientación do invernadoiro afecta o rendemento da iluminación e a capacidade de almacenamento de calor do invernadoiro. Polo tanto, para obter un maior almacenamento de calor no invernadoiro, a orientación dos invernadoiros non cultivados no noroeste da China está orientada cara ao sur. Para o acimut específico do invernadoiro, ao elixir de sur a leste, é beneficioso "agarrar o sol", xa que a temperatura interior aumenta rapidamente pola mañá; cando se selecciona de sur a oeste, é beneficioso para o invernadoiro aproveitar a luz da tarde. A dirección sur é un compromiso entre as dúas situacións anteriores. Segundo o coñecemento da xeofísica, a Terra xira 360° nun día e o acimut do sol móvese aproximadamente 1° cada 4 minutos. Polo tanto, cada vez que o acimut do invernadoiro difira en 1°, o tempo de luz solar directa diferirá aproximadamente 4 minutos, é dicir, o acimut do invernadoiro afecta o momento en que o invernadoiro ve a luz pola mañá e pola noite.

Cando as horas de luz da mañá e da tarde sexan iguais, e o leste ou o oeste estean no mesmo ángulo, o invernadoiro recibirá as mesmas horas de luz. Non obstante, para a zona ao norte dos 37° de latitude norte, a temperatura é baixa pola mañá e o momento de descubrir a cuberta é tardío, mentres que a temperatura é relativamente alta pola tarde e pola noite, polo que é apropiado atrasar o momento de pechar a cuberta de illamento térmico. Polo tanto, estas zonas deberían elixir a dirección de sur a oeste e aproveitar ao máximo a luz da tarde. Para as zonas con 30°~35° de latitude norte, debido ás mellores condicións de iluminación pola mañá, tamén se pode adiantar o tempo de conservación da calor e de descubrir a cuberta. Polo tanto, estas zonas deberían elixir a dirección sur-leste para procurar máis radiación solar matinal para o invernadoiro. Non obstante, na zona de 35°~37° de latitude norte, hai pouca diferenza na radiación solar pola mañá e pola tarde, polo que é mellor elixir a dirección sur. Tanto se é sueste como suroeste, o ángulo de desviación é xeralmente de 5°~8°, e o máximo non debe superar os 10°. O noroeste da China atópase no rango de 37° a 50° de latitude norte, polo que o ángulo de azimut do invernadoiro é xeralmente de sur a oeste. En vista disto, o invernadoiro solar deseñado por Zhang Jingshe etc. na zona de Taiyuan escolleu unha orientación de 5° ao oeste do sur, o invernadoiro solar construído por Chang Meimei etc. na zona de Gobi do Corredor Hexi adoptou unha orientación de 5° a 10° ao oeste do sur, e o invernadoiro solar construído por Ma Zhigui etc. no norte de Xinjiang adoptou unha orientación de 8° ao oeste do sur.

02 Deseñar unha forma razoable do teito dianteiro e un ángulo de inclinación

A forma e a inclinación do teito dianteiro determinan o ángulo de incidencia dos raios solares. Canto menor sexa o ángulo de incidencia, maior será a transmitancia. Sun Juren cre que a forma do teito dianteiro está determinada principalmente pola relación entre a lonxitude da superficie de iluminación principal e a pendente traseira. Unha pendente dianteira longa e unha pendente traseira curta son beneficiosas para a iluminación e a conservación da calor do teito dianteiro. Chen Wei-Qian e outros pensan que o teito de iluminación principal do invernadoiro solar utilizado na zona de Gobi adopta un arco circular cun radio de 4,5 m, que pode resistir eficazmente o frío. Zhang Jingshe, etc. pensan que é máis axeitado usar un arco semicircular no teito dianteiro do invernadoiro en zonas alpinas e de alta latitude. En canto ao ángulo de inclinación do teito dianteiro, segundo as características de transmisión da luz da película plástica, cando o ángulo de incidencia é de 0 ~ 40°, a reflectividade do teito dianteiro á luz solar é pequena e, cando supera os 40°, a reflectividade aumenta significativamente. Polo tanto, tómase 40° como o ángulo de incidencia máximo para calcular o ángulo de inclinación do teito frontal, de xeito que mesmo no solsticio de inverno, a radiación solar poida entrar no invernadoiro na máxima medida. Polo tanto, ao deseñar un invernadoiro solar axeitado para zonas non cultivadas en Wuhai, Mongolia Interior, He Bin e outros calcularon o ángulo de inclinación do teito frontal cun ángulo de incidencia de 40° e pensaron que, sempre que fose superior a 30°, podería cumprir os requisitos de iluminación de invernadoiros e conservación da calor. Zhang Caihong e outros pensan que, ao construír invernadoiros nas zonas non cultivadas de Xinjiang, o ángulo de inclinación do teito frontal dos invernadoiros no sur de Xinjiang é de 31°, mentres que no norte de Xinjiang é de 32° a 33,5°.

03 Escolle materiais de cuberta transparentes axeitados.

Ademais da influencia das condicións de radiación solar exterior, as características do material e da transmisión da luz da película de invernadoiro tamén son factores importantes que afectan o ambiente de luz e calor do invernadoiro. Na actualidade, a transmitancia da luz das películas plásticas como PE, PVC, EVA e PO é diferente debido aos diferentes materiais e grosores da película. En xeral, pódese garantir que a transmitancia da luz das películas que se usaron durante 1-3 anos sexa superior ao 88 % no seu conxunto, o que debe seleccionarse segundo a demanda de luz e temperatura dos cultivos. Ademais, ademais da transmisión da luz no invernadoiro, a distribución do ambiente de luz no invernadoiro tamén é un factor ao que a xente presta cada vez máis atención. Polo tanto, nos últimos anos, o material de cobertura de transmisión da luz con luz de dispersión mellorada foi moi recoñecido pola industria, especialmente nas zonas con forte radiación solar no noroeste da China. A aplicación da película de luz de dispersión mellorada reduciu o efecto de sombreado na parte superior e inferior da copa do cultivo, aumentou a luz nas partes media e inferior da copa do cultivo, mellorou as características fotosintéticas de todo o cultivo e mostrou un bo efecto de promoción do crecemento e aumento da produción.

Deseño razoable do tamaño do invernadoiro

A lonxitude do invernadoiro é demasiado longa ou demasiado curta, o que afectará o control da temperatura interior. Cando a lonxitude do invernadoiro é demasiado curta, antes do amencer e do solpor, a área sombreada polos gabletes leste e oeste é grande, o que non favorece o quecemento do invernadoiro e, debido ao seu pequeno volume, afectará a absorción e liberación de calor do solo e das paredes interiores. Cando a lonxitude é demasiado grande, é difícil controlar a temperatura interior e afectará a firmeza da estrutura do invernadoiro e a configuración do mecanismo de enrolamento da colcha de conservación da calor. A altura e a envergadura do invernadoiro afectan directamente á iluminación natural do teito dianteiro, ao tamaño do espazo do invernadoiro e á relación de illamento. Cando a envergadura e a lonxitude do invernadoiro son fixas, aumentar a altura do invernadoiro pode aumentar o ángulo de iluminación do teito dianteiro desde a perspectiva do ambiente luminoso, o que favorece a transmisión da luz; desde o punto de vista do ambiente térmico, a altura da parede aumenta e a área de almacenamento de calor da parede traseira aumenta, o que é beneficioso para o almacenamento de calor e a liberación de calor da parede traseira. Ademais, o espazo é grande, a taxa de capacidade calorífica tamén é grande e o ambiente térmico do invernadoiro é máis estable. Por suposto, aumentar a altura do invernadoiro aumentará o seu custo, o que require unha consideración exhaustiva. Polo tanto, ao deseñar un invernadoiro, debemos escoller unha lonxitude, envergadura e altura razoables segundo as condicións locais. Por exemplo, Zhang Caihong e outros pensan que no norte de Xinjiang, a lonxitude do invernadoiro é de 50~80 m, a envergadura é de 7 m e a altura do invernadoiro é de 3,9 m, mentres que no sur de Xinjiang, a lonxitude do invernadoiro é de 50~80 m, a envergadura é de 8 m e a altura do invernadoiro é de 3,6~4,0 m; Tamén se considera que a envergadura do invernadoiro non debe ser inferior a 7 m, e cando a envergadura é de 8 m, o efecto de conservación da calor é o mellor. Ademais, Chen Weiqian e outros pensan que a lonxitude, a envergadura e a altura do invernadoiro solar deberían ser de 80 m, 8~10 m e 3,8~4,2 m respectivamente cando se constrúa na zona de Gobi de Jiuquan, Gansu.

Mellorar a capacidade de almacenamento de calor e illamento da parede

Durante o día, a parede acumula calor absorbendo a radiación solar e a calor dalgún aire interior. Pola noite, cando a temperatura interior é inferior á temperatura da parede, a parede liberará calor pasivamente para quentar o invernadoiro. Como principal corpo de almacenamento de calor do invernadoiro, a parede pode mellorar significativamente o ambiente de temperatura nocturna interior ao mellorar a súa capacidade de almacenamento de calor. Ao mesmo tempo, a función de illamento térmico da parede é a base da estabilidade do ambiente térmico do invernadoiro. Na actualidade, existen varios métodos para mellorar o almacenamento de calor e a capacidade de illamento das paredes.

01 deseño estrutura de parede razoable

A función do muro inclúe principalmente o almacenamento e a conservación da calor e, ao mesmo tempo, a maioría dos muros do invernadoiro tamén serven como membros portantes para soportar a estrutura do tellado. Desde o punto de vista de obter un bo ambiente térmico, unha estrutura de muro razoable debería ter suficiente capacidade de almacenamento de calor no lado interior e suficiente capacidade de conservación da calor no lado exterior, ao tempo que reduce as pontes frías innecesarias. Na investigación do almacenamento e illamento de calor nos muros, Bao Encai e outros deseñaron o muro de almacenamento de calor pasivo de area solidificada na zona desértica de Wuhai, Mongolia Interior. Utilizouse ladrillo poroso como capa de illamento no exterior e area solidificada como capa de almacenamento de calor no interior. A proba mostrou que a temperatura interior podía alcanzar os 13,7 ℃ en días soleados. Ma Yuehong etc. deseñou un muro composto de bloques de morteiro de casca de trigo no norte de Xinjiang, no que se enche de cal viva os bloques de morteiro como capa de almacenamento de calor e se apilan bolsas de escoria no exterior como capa de illamento. O muro de bloques ocos deseñado por Zhao Peng, etc., na zona de Gobi da provincia de Gansu, emprega placas de benceno de 100 mm de grosor como capa de illamento no exterior e area e ladrillo oco como capa de almacenamento de calor no interior. A proba mostra que a temperatura media no inverno é superior a 10 ℃ pola noite, e Chai Regeneration, etc., tamén empregan area e grava como capa de illamento e capa de almacenamento de calor do muro na zona de Gobi da provincia de Gansu. En canto á redución das pontes frías, Yan Junyue, etc., deseñou un muro traseiro lixeiro e simplificado, que non só mellorou a resistencia térmica do muro, senón que tamén mellorou a propiedade de selado do muro ao pegar placas de poliestireno no exterior do muro traseiro; Wu Letian, etc., colocou unha viga circular de formigón armado sobre os alicerces do muro do invernadoiro e empregou un estampado de ladrillo trapezoidal xusto por riba da viga circular para soportar o teito traseiro, o que solucionou o problema da facilidade para producir gretas e afundimentos dos alicerces nos invernadoiros de Hotian, Xinjiang, o que afecta o illamento térmico dos invernadoiros.

02 Escolla materiais de almacenamento de calor e illamento axeitados.

O efecto de almacenamento de calor e illamento da parede depende en primeiro lugar da escolla dos materiais. No deserto do noroeste, Gobi, terreos areosos e outras zonas, segundo as condicións do sitio, os investigadores tomaron materiais locais e fixeron intentos audaces de deseñar moitos tipos diferentes de paredes traseiras de invernadoiros solares. Por exemplo, cando Zhang Guosen e outros construíron invernadoiros en campos de area e grava en Gansu, utilizáronse area e grava como almacenamento de calor e capas de illamento das paredes; segundo as características de Gobi e o deserto no noroeste da China, Zhao Peng deseñou un tipo de parede de bloques ocos con arenito e bloques ocos como materiais. A proba mostra que a temperatura media nocturna interior é superior a 10 ℃. En vista da escaseza de materiais de construción como ladrillos e arxila na rexión de Gobi do noroeste da China, Zhou Changji e outros descubriron que os invernadoiros locais adoitan usar cantos rodados como materiais para paredes ao investigar invernadoiros solares na rexión de Gobi de Kizilsu Kirgiz, Xinjiang. En vista do rendemento térmico e a resistencia mecánica do canto rodado, o invernadoiro construído con cantos rodados ten un bo rendemento en termos de conservación da calor, almacenamento de calor e capacidade de carga. Do mesmo xeito, Zhang Yong e outros empregan guijarros como material principal para a parede e deseñaron unha parede traseira de guijarros independente para o almacenamento de calor en Shanxi e outros lugares. A proba demostra que o efecto de almacenamento de calor é bo. Zhang e outros deseñou un tipo de muro de arenito segundo as características da zona noroeste de Gobi, que pode aumentar a temperatura interior en 2,5 ℃. Ademais, Ma Yuehong e outros probaron a capacidade de almacenamento de calor dun muro de area cheo de bloques, un muro de bloques e un muro de ladrillo en Hotian, Xinjiang. Os resultados mostraron que o muro de area cheo de bloques tiña a maior capacidade de almacenamento de calor. Ademais, para mellorar o rendemento de almacenamento de calor do muro, os investigadores desenvolven activamente novos materiais e tecnoloxías de almacenamento de calor. Por exemplo, Bao Encai propuxo un material de axente de curado de cambio de fase, que se pode usar para mellorar a capacidade de almacenamento de calor da parede traseira dun invernadoiro solar en zonas non cultivadas do noroeste. A medida que se exploran materiais locais, tamén se usan palleiro, escoria, taboleiro de benceno e palla como materiais para paredes, pero estes materiais normalmente só teñen a función de conservación da calor e non teñen capacidade de almacenamento de calor. En xeral, os muros cheos de grava e bloques teñen unha boa capacidade de almacenamento de calor e illamento.

03 Aumentar axeitadamente o grosor da parede

Normalmente, a resistencia térmica é un índice importante para medir o rendemento do illamento térmico da parede, e o factor que afecta á resistencia térmica é o grosor da capa de material ademais da condutividade térmica do material. Polo tanto, baseándose na selección de materiais de illamento térmico axeitados, aumentar adecuadamente o grosor da parede pode aumentar a resistencia térmica global da parede e reducir a perda de calor a través dela, aumentando así o illamento térmico e a capacidade de almacenamento de calor da parede e de todo o invernadoiro. Por exemplo, en Gansu e outras zonas, o grosor medio da parede de sacos de area na cidade de Zhangye é de 2,6 m, mentres que o da parede de cachotaría de morteiro na cidade de Jiuquan é de 3,7 m. Canto máis grosa sexa a parede, maior será a súa capacidade de illamento térmico e almacenamento de calor. Non obstante, as paredes demasiado grosas aumentarán a ocupación do terreo e o custo da construción do invernadoiro. Polo tanto, desde a perspectiva de mellorar a capacidade de illamento térmico, tamén debemos dar prioridade á selección de materiais de illamento térmico de alta calidade con baixa condutividade térmica, como o poliestireno, o poliuretano e outros materiais, e despois aumentar o grosor adecuadamente.

Deseño razoable do teito traseiro

Para o deseño do teito traseiro, a principal consideración é non causar a influencia da sombra e mellorar a capacidade de illamento térmico. Para reducir a influencia da sombra no teito traseiro, o axuste do seu ángulo de inclinación baséase principalmente no feito de que o teito traseiro pode recibir luz solar directa durante o día cando se plantan e producen os cultivos. Polo tanto, o ángulo de elevación do teito traseiro xeralmente escóllese para que sexa mellor que o ángulo de altitude solar local do solsticio de inverno de 7°~8°. Por exemplo, Zhang Caihong e outros pensan que ao construír invernadoiros solares en Gobi e zonas de terras salinas-alcalinas en Xinjiang, a lonxitude proxectada do teito traseiro é de 1,6 m, polo que o ángulo de inclinación do teito traseiro é de 40° no sur de Xinjiang e de 45° no norte de Xinjiang. Chen Wei-Qian e outros pensan que o teito traseiro do invernadoiro solar na zona de Gobi de Jiuquan debería estar inclinado a 40°. Para o illamento térmico do teito traseiro, a capacidade de illamento térmico debe garantirse principalmente na selección de materiais de illamento térmico, o deseño do grosor necesario e a xunta de solapamento razoable dos materiais de illamento térmico durante a construción.

Reducir a perda de calor do solo

Durante a noite de inverno, debido a que a temperatura do solo interior é máis alta que a do solo exterior, a calor do solo interior transferirase ao exterior por condución térmica, o que provocará a perda de calor do efecto invernadoiro. Hai varias maneiras de reducir a perda de calor do solo.

01 illamento do solo

O chan afúndese correctamente, evitando a capa de solo conxelada e utilizando o solo para a conservación da calor. Por exemplo, o invernadoiro solar "1448 de tres materiais e un só corpo" desenvolvido por Chai Regeneration e outras terras non cultivadas no Corredor Hexi construíuse escavando 1 m de profundidade, evitando eficazmente a capa de solo conxelada; tendo en conta que a profundidade do solo conxelado na zona de Turpan é de 0,8 m, Wang Huamin e outros suxeriron escavar 0,8 m para mellorar a capacidade de illamento térmico do invernadoiro. Cando Zhang Guosen, etc., construíu a parede traseira do invernadoiro solar de escavación de dobre arco e dobre película en terras non cultivables, a profundidade de escavación foi de 1 m. O experimento mostrou que a temperatura máis baixa pola noite aumentou en 2~3 ℃ en comparación co invernadoiro solar tradicional de segunda xeración.

02 protección contra o frío da base

O método principal é cavar unha gabia resistente ao frío ao longo da parte dos cimentos do tellado dianteiro, encher con materiais de illamento térmico ou soterrar continuamente materiais de illamento térmico baixo terra ao longo da parte do muro dos cimentos, todo isto co obxectivo de reducir a perda de calor causada pola transferencia de calor a través do solo na parte límite do invernadoiro. Os materiais de illamento térmico utilizados baséanse principalmente nas condicións locais do noroeste da China e pódense obter localmente, como feno, escoria, la de rocha, placa de poliestireno, palla de millo, esterco de cabalo, follas caídas, herba rota, serraduras, herbas daniñas, palla, etc.

03 película de mantillo

Ao cubrir a película plástica, a luz solar pode chegar ao solo a través dela durante o día, e o solo absorbe a calor do sol e quéntase. Ademais, a película plástica pode bloquear a radiación de onda longa reflectida polo solo, reducindo así a perda de radiación do solo e aumentando o almacenamento de calor do solo. Pola noite, a película plástica pode dificultar o intercambio de calor por convección entre o solo e o aire interior, reducindo así a perda de calor do solo. Ao mesmo tempo, a película plástica tamén pode reducir a perda de calor latente causada pola evaporación da auga do solo. Wei Wenxiang cubriu o invernadoiro con película plástica na meseta de Qinghai, e o experimento demostrou que a temperatura do solo podía aumentar aproximadamente 1 ℃.

Reforzar o rendemento de illamento térmico do teito dianteiro

O teito frontal do invernadoiro é a principal superficie de disipación da calor, e a calor perdida representa máis do 75 % da perda total de calor no invernadoiro. Polo tanto, o reforzo da capacidade de illamento térmico do teito frontal do invernadoiro pode reducir eficazmente a perda a través del e mellorar o ambiente de temperatura invernal do invernadoiro. Na actualidade, existen tres medidas principais para mellorar a capacidade de illamento térmico do teito frontal.

01 Adóptase unha cuberta transparente multicapa.

Estruturalmente, o uso de película de dobre capa ou de tres capas como superficie transmisora ​​de luz dun invernadoiro pode mellorar eficazmente o rendemento do illamento térmico. Por exemplo, Zhang Guosen e outros deseñaron un invernadoiro solar de dobre arco e dobre película de tipo escavación na zona de Gobi, na cidade de Jiuquan. O exterior do teito frontal do invernadoiro está feito de película EVA e o interior do invernadoiro está feito de película antienvellecemento de PVC sen goteo. Os experimentos mostran que, en comparación co invernadoiro solar tradicional de segunda xeración, o efecto de illamento térmico é excepcional e a temperatura máis baixa pola noite aumenta de 2 a 3 ℃ de media. Do mesmo xeito, Zhang Jingshe e outros tamén deseñaron un invernadoiro solar con dobre película de cobertura para as características climáticas de latitudes elevadas e zonas frías severas, o que mellorou significativamente o illamento térmico do invernadoiro. En comparación co invernadoiro de control, a temperatura nocturna aumentou en 3 ℃. Ademais, Wu Letian e outros intentaron usar tres capas de película EVA de 0,1 mm de grosor no teito frontal do invernadoiro solar deseñado na zona desértica de Hetian, en Xinjiang. A película multicapa pode reducir eficazmente a perda de calor do teito frontal, pero debido a que a transmitancia da luz da película dunha soa capa é basicamente de arredor do 90 %, a película multicapa levará naturalmente á atenuación da transmitancia da luz. Polo tanto, ao seleccionar unha cuberta de transmitancia da luz multicapa, é necesario ter debidamente en conta as condicións de iluminación e os requisitos de iluminación dos invernadoiros.

02 Reforzar o illamento nocturno do teito dianteiro

Úsase película plástica no teito dianteiro para aumentar a transmitancia da luz durante o día, e convértese no lugar máis débil de todo o invernadoiro pola noite. Polo tanto, cubrir a superficie exterior do teito dianteiro cunha grosa colcha de illamento térmico composto é unha medida de illamento térmico necesaria para os invernadoiros solares. Por exemplo, na rexión alpina de Qinghai, Liu Yanjie e outros utilizaron cortinas de palla e papel kraft como colchas de illamento térmico para experimentos. Os resultados das probas mostraron que a temperatura interior máis baixa no invernadoiro pola noite podería superar os 7,7 ℃. Ademais, Wei Wenxiang cre que a perda de calor do invernadoiro pódese reducir en máis dun 90 % utilizando cortinas de herba dobre ou papel kraft exteriores das cortinas de herba para o illamento térmico nesta área. Ademais, Zou Ping, etc., utilizou unha colcha de illamento térmico de feltro de fibra reciclada con agullas no invernadoiro solar na rexión de Gobi de Xinjiang, e Chang Meimei, etc., utilizou unha colcha de illamento térmico de algodón tipo sándwich no invernadoiro solar na rexión de Gobi do Corredor Hexi. Na actualidade, existen moitos tipos de colchas de illamento térmico que se empregan en invernadoiros solares, pero a maioría están feitas de feltro con agullas, algodón pulverizado con cola, algodón perlado, etc., con capas superficiais impermeables ou antienvellecemento en ambos os lados. Segundo o mecanismo de illamento térmico da colcha de illamento térmico, para mellorar o seu rendemento de illamento térmico, debemos comezar por mellorar a súa resistencia térmica e reducir o seu coeficiente de transferencia de calor, e as principais medidas son reducir a condutividade térmica dos materiais, aumentar o grosor das capas de material ou aumentar o número de capas de material, etc. Polo tanto, na actualidade, o material central da colcha de illamento térmico con alto rendemento de illamento térmico adoita estar feito de materiais compostos multicapa. Segundo a proba, o coeficiente de transferencia de calor da colcha de illamento térmico con alto rendemento de illamento térmico na actualidade pode alcanzar os 0,5 W/(m2℃), o que proporciona unha mellor garantía para o illamento térmico dos invernadoiros en zonas frías no inverno. Por suposto, a zona noroeste é ventosa e poeirent, e a radiación ultravioleta é forte, polo que a capa superficial de illamento térmico debería ter un bo rendemento antienvellecemento.

03 Engadir unha cortina de illamento térmico interior.

Aínda que o teito frontal do invernadoiro de luz solar estea cuberto cunha colcha de illamento térmico externo pola noite, no que respecta a outras estruturas de todo o invernadoiro, o teito frontal segue sendo un punto débil para todo o invernadoiro pola noite. Polo tanto, o equipo do proxecto de "Estrutura e Tecnoloxía de Construción de Invernadoiros en Terras Non Cultivables do Noroeste" deseñou un sistema sinxelo de enrolamento de illamento térmico interno (Figura 1), cuxa estrutura consiste nunha cortina de illamento térmico interno fixa na base dianteira e unha cortina de illamento térmico interno móbil no espazo superior. A cortina de illamento térmico móbil superior ábrese e dóbrase na parede traseira do invernadoiro durante o día, o que non afecta á iluminación do invernadoiro; a colcha de illamento térmico fixa na parte inferior desempeña a función de selado pola noite. O deseño de illamento interno é ordenado e fácil de operar, e tamén pode desempeñar a función de sombreado e refrixeración no verán.

Tecnoloxía de quecemento activo

Debido ás baixas temperaturas no inverno no noroeste da China, se só confiamos na conservación e almacenamento da calor en invernadoiros, aínda non podemos cumprir os requisitos de produción de invernada dos cultivos nalgúns climas fríos, polo que tamén se consideran algunhas medidas activas de quecemento.

Sistema de almacenamento de enerxía solar e liberación de calor

É unha razón importante que o muro teña as funcións de conservación da calor, almacenamento de calor e soporte de carga, o que leva a un alto custo de construción e unha baixa taxa de utilización do terreo dos invernadoiros solares. Polo tanto, a simplificación e a montaxe dos invernadoiros solares serán unha importante dirección de desenvolvemento no futuro. Entre elas, a simplificación da función do muro é liberar a función de almacenamento e liberación de calor do muro, de xeito que a parede traseira só teña a función de conservación da calor, o que é unha forma eficaz de simplificar o desenvolvemento. Por exemplo, o sistema activo de almacenamento e liberación de calor de Fang Hui (Figura 2) úsase amplamente en zonas non cultivadas como Gansu, Ningxia e Xinjiang. O seu dispositivo de recollida de calor está colgado na parede norte. Durante o día, a calor recollida polo dispositivo de recollida de calor almacénase no corpo de almacenamento de calor a través da circulación do medio de almacenamento de calor e, pola noite, a calor libérase e quéntase pola circulación do medio de almacenamento de calor, realizando así a transferencia de calor no tempo e no espazo. Os experimentos mostran que a temperatura mínima no invernadoiro pode aumentarse en 3~5 ℃ usando este dispositivo. Wang Zhiwei etc. propuxo un sistema de calefacción con cortina de auga para invernadoiros solares na zona desértica do sur de Xinjiang, que pode aumentar a temperatura do invernadoiro en 2,1 ℃ pola noite.

Ademais, Bao Encai etc. deseñou un sistema activo de circulación de almacenamento de calor para a parede norte. Durante o día, mediante a circulación de ventiladores axiais, o aire quente interior flúe a través do conduto de transferencia de calor integrado na parede norte, e o conduto de transferencia de calor intercambia calor coa capa de almacenamento de calor dentro da parede, o que mellora significativamente a capacidade de almacenamento de calor da parede. Ademais, o sistema de almacenamento de calor de cambio de fase solar deseñado por Yan Yantao etc. almacena calor nos materiais de cambio de fase a través de colectores solares durante o día e logo disipa a calor no aire interior a través da circulación de aire pola noite, o que pode aumentar a temperatura media en 2,0 ℃ pola noite. As tecnoloxías e equipos de utilización de enerxía solar mencionados anteriormente teñen as características de economía, aforro de enerxía e baixas emisións de carbono. Tras a optimización e mellora, deberían ter unha boa perspectiva de aplicación nas zonas con abundantes recursos de enerxía solar no noroeste da China.

Outras tecnoloxías de calefacción auxiliar

01 calefacción de enerxía de biomasa

A roupa de cama, a palla, o esterco de vaca, o esterco de ovella e o esterco de aves mestúranse con bacterias biolóxicas e entérranse no solo do invernadoiro. Durante o proceso de fermentación xérase moita calor e, ademais, xéranse moitas cepas beneficiosas, materia orgánica e CO2. As cepas beneficiosas poden inhibir e matar unha variedade de xermes e reducir a aparición de enfermidades e pragas de efecto invernadoiro; a materia orgánica pode converterse en fertilizante para os cultivos; o CO2 producido pode mellorar a fotosíntese dos cultivos. Por exemplo, Wei Wenxiang enterrou fertilizantes orgánicos quentes, como esterco de cabalo, esterco de vaca e esterco de ovella, no solo interior do invernadoiro solar na meseta de Qinghai, o que elevou eficazmente a temperatura do chan. No invernadoiro solar da zona do deserto de Gansu, Zhou Zhilong utilizou palla e fertilizante orgánico para fermentar entre cultivos. A proba mostrou que a temperatura do invernadoiro podía aumentarse en 2~3 ℃.

02 calefacción de carbón

Hai cociñas artificiais, quentadores de auga de aforro de enerxía e calefacción. Por exemplo, despois dunha investigación na meseta de Qinghai, Wei Wenxiang descubriu que a calefacción por forno artificial se usaba principalmente localmente. Este método de calefacción ten as vantaxes dun quecemento máis rápido e un efecto de calefacción evidente. Non obstante, no proceso de queima de carbón prodúcense gases nocivos como SO2, CO e H2S, polo que é necesario facer un bo traballo de eliminación dos gases nocivos.

03 calefacción eléctrica

Usa un cable de calefacción eléctrico para quentar o teito frontal do invernadoiro ou usa un quentador eléctrico. O efecto de calefacción é notable, o uso é seguro, non se xeran contaminantes no invernadoiro e o equipo de calefacción é doado de controlar. Chen Weiqian e outros pensan que o problema dos danos por conxelación no inverno na zona de Jiuquan dificulta o desenvolvemento da agricultura local de Gobi, e que se poden usar elementos de calefacción eléctricos para quentar o invernadoiro. Non obstante, debido ao uso de recursos de enerxía eléctrica de alta calidade, o consumo de enerxía e o custo son elevados. Suxírese que se use como medio temporal de calefacción de emerxencia en tempos de frío extremo.

Medidas de xestión ambiental

No proceso de produción e uso dun invernadoiro, o equipamento completo e o funcionamento normal non poden garantir eficazmente que o seu ambiente térmico cumpra os requisitos de deseño. De feito, o uso e a xestión do equipamento adoitan desempeñar un papel fundamental na formación e mantemento do ambiente térmico, sendo o máis importante a xestión diaria da colcha de illamento térmico e das ventilacións.

Xestión de colchas de illamento térmico

A colcha de illamento térmico é a clave para o illamento térmico nocturno do teito dianteiro, polo que é extremadamente importante refinar a súa xestión e mantemento diarios, especialmente aos seguintes problemas que se deben prestar atención:①Escolla o tempo de apertura e peche axeitado da colcha de illamento térmico. O tempo de apertura e peche da colcha de illamento térmico non só afecta o tempo de iluminación do invernadoiro, senón que tamén afecta o proceso de quecemento no invernadoiro. Abrir e pechar a colcha de illamento térmico demasiado cedo ou demasiado tarde non favorece a recollida de calor. Pola mañá, se a colcha se descubre demasiado cedo, a temperatura interior baixará demasiado debido á baixa temperatura exterior e á luz débil. Pola contra, se o tempo de descubrimento da colcha é demasiado tarde, o tempo de recepción da luz no invernadoiro acurtarase e o tempo de aumento da temperatura interior atrasarase. Pola tarde, se a colcha de illamento térmico se apaga demasiado cedo, o tempo de exposición interior acurtarase e o almacenamento de calor do solo e as paredes interiores reducirase. Pola contra, se a conservación da calor se apaga demasiado tarde, a disipación de calor do invernadoiro aumentará debido á baixa temperatura exterior e á luz débil. Polo tanto, en xeral, cando se acende a colcha de illamento térmico pola mañá, é aconsellable que a temperatura suba despois de baixar 1~2 ℃, mentres que cando se apaga, é aconsellable que a temperatura suba despois de baixar 1~2 ℃. ② Ao pechar a colcha de illamento térmico, preste atención a observar se cobre todos os teitos frontais firmemente e axústeos a tempo se hai algún oco. ③ Despois de colocar completamente a colcha de illamento térmico, comprobe se a parte inferior foi compactada para evitar que o efecto de conservación da calor sexa levantado polo vento pola noite. ④ Comprobe e manteña a colcha de illamento térmico a tempo, especialmente se está danada, repárea ou substitúea a tempo. ⑤ Preste atención ás condicións meteorolóxicas a tempo. Cando chova ou neve, cubra a colcha de illamento térmico a tempo e retire a neve a tempo.

Xestión de ventilacións

O propósito da ventilación no inverno é axustar a temperatura do aire para evitar temperaturas excesivas arredor do mediodía; o segundo é eliminar a humidade interior, reducir a humidade do aire no invernadoiro e controlar as pragas e enfermidades; o terceiro é aumentar a concentración de CO2 interior e promover o crecemento dos cultivos. Non obstante, a ventilación e a conservación da calor son contraditorias. Se a ventilación non se xestiona correctamente, probablemente levará a problemas de baixa temperatura. Polo tanto, cando e canto tempo abrir as aberturas debe axustarse dinamicamente segundo as condicións ambientais do invernadoiro en cada momento. Nas zonas non cultivadas do noroeste, a xestión das aberturas de invernadoiro divídese principalmente en dúas formas: funcionamento manual e ventilación mecánica simple. Non obstante, o tempo de apertura e o tempo de ventilación das aberturas baséanse principalmente no xuízo subxectivo das persoas, polo que pode ocorrer que as aberturas se abran demasiado cedo ou demasiado tarde. Para resolver os problemas anteriores, Yin Yilei etc. deseñou un dispositivo de ventilación intelixente para o tellado, que pode determinar o tempo de apertura e o tamaño de apertura e peche dos orificios de ventilación segundo os cambios no ambiente interior. Coa profundización da investigación sobre a lei do cambio ambiental e a demanda de cultivos, así como a popularización e o progreso de tecnoloxías e equipos como a percepción ambiental, a recollida de información, a análise e o control, a automatización da xestión da ventilación en invernadoiros solares debería ser unha importante dirección de desenvolvemento no futuro.

Outras medidas de xestión

No proceso de uso de varios tipos de películas de cobertura, a súa capacidade de transmisión da luz debilitarase gradualmente, e a velocidade de debilitamento non só está relacionada coas súas propias propiedades físicas, senón tamén co ambiente circundante e a xestión durante o uso. No proceso de uso, o factor máis importante que leva á diminución do rendemento da transmisión da luz é a contaminación da superficie da película. Polo tanto, é extremadamente importante realizar unha limpeza e limpeza regulares cando as condicións o permitan. Ademais, a estrutura de peche do invernadoiro debe revisarse regularmente. Cando haxa unha fuga na parede e no teito frontal, debe repararse a tempo para evitar que o invernadoiro se vexa afectado pola infiltración de aire frío.

Problemas existentes e dirección de desenvolvemento

Os investigadores levan moitos anos explorando e estudando a tecnoloxía de conservación e almacenamento da calor, a tecnoloxía de xestión e os métodos de quecemento dos invernadoiros nas zonas non cultivadas do noroeste, o que basicamente permitiu a produción de vexetais durante o inverno, mellorou moito a capacidade do invernadoiro para resistir os danos por frío a baixa temperatura e, basicamente, conseguiu a produción de vexetais durante o inverno. Fixo unha contribución histórica para aliviar a contradición entre os alimentos e os vexetais que compiten pola terra en China. Non obstante, aínda existen os seguintes problemas na tecnoloxía de garantía de temperatura no noroeste da China.

Tipos de invernadoiros a mellorar

Na actualidade, os tipos de invernadoiros seguen sendo os habituais construídos a finais do século XX e principios deste século, con estruturas sinxelas, deseños pouco razoables, pouca capacidade para manter o ambiente térmico do invernadoiro e resistir os desastres naturais, e falta de estandarización. Polo tanto, no deseño futuro dos invernadoiros, a forma e a inclinación do teito dianteiro, o ángulo de acimut do invernadoiro, a altura da parede traseira, a profundidade de afundimento do invernadoiro, etc. deberían estandarizarse combinando totalmente a latitude xeográfica local e as características climáticas. Ao mesmo tempo, só se pode plantar un cultivo nun invernadoiro na medida do posible, de xeito que se poida levar a cabo unha correspondencia estandarizada de invernadoiros segundo os requisitos de luz e temperatura dos cultivos plantados.

A escala de invernadoiro é relativamente pequena.

Se a escala do invernadoiro é demasiado pequena, afectará á estabilidade do ambiente térmico do invernadoiro e ao desenvolvemento da mecanización. Co aumento gradual do custo da man de obra, o desenvolvemento da mecanización é unha dirección importante no futuro. Polo tanto, no futuro, deberiamos basearnos no nivel de desenvolvemento local, ter en conta as necesidades do desenvolvemento da mecanización, deseñar racionalmente o espazo interior e a disposición dos invernadoiros, acelerar a investigación e o desenvolvemento de equipos agrícolas axeitados para as áreas locais e mellorar a taxa de mecanización da produción en invernadoiros. Ao mesmo tempo, segundo as necesidades dos cultivos e os patróns de cultivo, os equipos relevantes deben combinarse cos estándares e promover a investigación e o desenvolvemento integrados, a innovación e a popularización dos equipos de ventilación, redución da humidade, conservación da calor e calefacción.

O grosor de muros como area e bloques ocos segue sendo groso.

Se a parede é demasiado grosa, aínda que o efecto de illamento sexa bo, reducirá a taxa de utilización do solo, aumentará o custo e a dificultade da construción. Polo tanto, no desenvolvemento futuro, por unha banda, o grosor da parede pódese optimizar cientificamente segundo as condicións climáticas locais; por outra banda, debemos promover o desenvolvemento lixeiro e simplificado da parede traseira, de xeito que a parede traseira do invernadoiro só conserve a función de conservación da calor, utilizando colectores solares e outros equipos para substituír o almacenamento e a liberación de calor da parede. Os colectores solares teñen as características de alta eficiencia de recollida de calor, forte capacidade de recollida de calor, aforro de enerxía, baixas emisións de carbono, etc., e a maioría deles poden realizar unha regulación e un control activos, e poden levar a cabo un quecemento exotérmico específico segundo os requisitos ambientais do invernadoiro pola noite, cunha maior eficiencia de utilización da calor.

É preciso desenvolver unha colcha especial de illamento térmico.

O teito dianteiro é o corpo principal de disipación de calor no invernadoiro, e o rendemento de illamento térmico da colcha de illamento térmico afecta directamente ao ambiente térmico interior. Na actualidade, a temperatura ambiente do invernadoiro nalgunhas zonas non é boa, en parte porque a colcha de illamento térmico é demasiado fina e o rendemento de illamento térmico dos materiais é insuficiente. Ao mesmo tempo, a colcha de illamento térmico aínda ten algúns problemas, como a baixa impermeabilidade e resistencia ao esquí, o fácil envellecemento dos materiais da superficie e do núcleo, etc. Polo tanto, no futuro, débense seleccionar cientificamente materiais de illamento térmico axeitados segundo as características e os requisitos climáticos locais, e débense deseñar e desenvolver produtos especiais de colcha de illamento térmico axeitados para o uso e a popularización locais.

FIN

Información citada

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Estado da investigación da tecnoloxía de garantía da temperatura ambiental de invernadoiros solares en terras non cultivadas do noroeste [J]. Tecnoloxía da Enxeñaría Agrícola, 2022,42(28):12-20.