Li Jianming, Sun Guotao osfrv.Tækni í landbúnaðarverkfræði í gróðurhúsagarðyrkju2022-11-21 17:42 Birt í Peking

Á undanförnum árum hefur gróðurhúsaiðnaðurinn þróast hratt. Þróun gróðurhúsa eykur ekki aðeins landnýtingu og framleiðslugetu landbúnaðarafurða, heldur leysir einnig framboðsvandamál ávaxta og grænmetis utan tímabils. Hins vegar hefur gróðurhúsið einnig staðið frammi fyrir fordæmalausum áskorunum. Upprunalegar aðstöður, hitunaraðferðir og byggingarform hafa skapað viðnám gegn umhverfinu og þróun. Brýn þörf er á nýjum efnum og nýjum hönnunum til að breyta uppbyggingu gróðurhúsa og brýn þörf er á nýjum orkugjöfum til að ná markmiðum um orkusparnað og umhverfisvernd og auka framleiðslu og tekjur.

Þessi grein fjallar um þemað „nýja orku, ný efni, ný hönnun til að styðja við nýja byltingu gróðurhúsalofttegunda“, þar á meðal rannsóknir og nýsköpun í sólarorku, lífmassaorku, jarðvarma og öðrum nýjum orkugjöfum í gróðurhúsum, rannsóknir og notkun nýrra efna fyrir klæðningu, einangrun, veggi og annan búnað, og framtíðarhorfur og hugmyndir um nýja orku, ný efni og nýja hönnun til að styðja við umbætur gróðurhúsalofttegunda, til að veita viðmiðun fyrir iðnaðinn.

Þróun aðstöðuræktunar er pólitísk krafa og óhjákvæmileg ákvörðun til að framfylgja anda mikilvægra fyrirmæla og ákvarðanatöku ríkisstjórnarinnar. Árið 2020 verður heildarflatarmál verndaðs landbúnaðar í Kína 2,8 milljónir fermetra rúmmetra og framleiðslugildið mun fara yfir 1 trilljón júana. Þetta er mikilvæg leið til að bæta framleiðslugetu gróðurhúsa til að bæta lýsingu og einangrun gróðurhúsa með nýrri orku, nýjum efnum og nýrri hönnun gróðurhúsa. Það eru margir ókostir við hefðbundna gróðurhúsaframleiðslu, svo sem kol, brennsluolía og aðrar orkugjafar sem notaðir eru til upphitunar og hitunar í hefðbundnum gróðurhúsum, sem leiðir til mikils magns af díoxíðgasi, sem mengar umhverfið alvarlega, en jarðgas, rafmagn og aðrar orkugjafar auka rekstrarkostnað gróðurhúsa. Hefðbundin hitageymsluefni fyrir gróðurhúsveggi eru að mestu leyti leir og múrsteinar, sem neyta mikils og valda alvarlegum skaða á landbúnaði. Landnýting hefðbundinna sólargróðurhúsa með jarðvegg er aðeins 40% ~ 50% og venjulegt gróðurhús hefur lélega hitageymslugetu, þannig að það getur ekki lifað af veturinn til að framleiða heitt grænmeti í Norður-Kína. Þess vegna liggur kjarninn í því að efla gróðurhúsabreytingar, eða grunnrannsóknir, í hönnun gróðurhúsa, rannsóknum og þróun nýrra efna og nýrrar orkugjafa. Þessi grein mun fjalla um rannsóknir og nýsköpun í nýjum orkugjöfum í gróðurhúsum, draga saman stöðu rannsókna á nýjum orkugjöfum eins og sólarorku, lífmassaorku, jarðvarmaorku, vindorku og nýjum gegnsæjum hlífðarefnum, einangrunarefnum og veggjaefnum í gróðurhúsum, greina notkun nýrrar orku og nýrra efna við byggingu nýrra gróðurhúsa og horfa til hlutverks þeirra í framtíðarþróun og umbreytingu gróðurhúsa.

Rannsóknir og nýsköpun í nýjum orkugróðurhúsum

Græna nýja orkan sem hefur mesta nýtingarmöguleika í landbúnaði felur í sér sólarorku, jarðvarma og lífmassaorku, eða alhliða nýtingu fjölbreyttra nýrra orkugjafa, til að ná fram skilvirkri orkunýtingu með því að læra af styrkleikum hvers annars.

sólarorka/orka

Sólarorkutækni er kolefnislítil, skilvirk og sjálfbær orkugjafaleið og mikilvægur þáttur í stefnumótandi vaxandi atvinnugreinum Kína. Hún verður óhjákvæmilegt val fyrir umbreytingu og uppfærslu á orkuskipan Kína í framtíðinni. Frá sjónarhóli orkunýtingar eru gróðurhúsin sjálf mannvirki til nýtingar sólarorku. Með gróðurhúsaáhrifum safnast sólarorka innandyra, hitastig gróðurhússins hækkar og nauðsynlegur hiti fyrir vöxt ræktunar fæst. Helsta orkugjafinn fyrir ljóstillífun gróðurhúsaplantna er beint sólarljós, sem er bein nýting sólarorku.

01 Sólarorkuframleiðsla til að framleiða hita

Sólarorkuframleiðsla er tækni sem breytir ljósorku beint í raforku með sólarorkuáhrifum. Lykilþáttur þessarar tækni eru sólarsellur. Þegar sólarorka skín á röð sólarplatna í röð eða samsíða, breyta hálfleiðaraíhlutir sólargeislun beint í raforku. Sólarorkutækni getur breytt ljósorku beint í raforku, geymt rafmagn í gegnum rafhlöður og hitað gróðurhúsið á nóttunni, en hár kostnaður takmarkar frekari þróun hennar. Rannsóknarhópurinn þróaði sólarorku grafínhitunarbúnað, sem samanstendur af sveigjanlegum sólarplötum, alhliða öfugstýrðri vél, geymslurafhlöðu og grafínhitunarstöng. Samkvæmt lengd gróðursetningarlínunnar er grafínhitunarstöngin grafin undir undirlagspokanum. Á daginn taka sólarplöturnar upp sólargeislun til að framleiða rafmagn og geyma það í geymslurafhlöðu, og síðan losnar rafmagnið á nóttunni fyrir grafínhitunarstöngina. Í raunverulegri mælingu er notuð hitastýring sem byrjar við 17℃ og lokar við 19℃. Þegar hitunin er í gangi á nóttunni (kl. 20:00-08:00 á öðrum degi) í 8 klukkustundir er orkunotkunin við að hita eina röð af plöntum 1,24 kW·klst. og meðalhitastig undirlagspokans á nóttunni er 19,2 ℃, sem er 3,5 ~ 5,3 ℃ hærra en í samanburðaraðferðinni. Þessi hitunaraðferð ásamt sólarorkuframleiðslu leysir vandamál vegna mikillar orkunotkunar og mikillar mengunar við vetrarhitun gróðurhúsa.

02 ljóshitabreyting og nýting

Ljósvirkjun sólarorku vísar til notkunar á sérstöku sólarljósasöfnunaryfirborði úr ljósvirkjunarefnum til að safna og gleypa eins mikla sólarorku og mögulegt er sem geislar á það og umbreyta henni í varmaorku. Í samanburði við sólarorkuforrit auka sólarorkuforrit frásog nær-innrauða sviðsins, þannig að það hefur meiri orkunýtingu sólarljóssins, lægri kostnað og þróaða tækni og er mest notaða leiðin til að nýta sólarorku.

Þróaðasta tæknin í ljóshitunarbreytingu og nýtingu í Kína eru sólarsafnarar, þar sem kjarninn er hitagleypandi plötukjarni með sértækri frásogshúðun, sem getur breytt sólargeislunarorkunni sem fer í gegnum hlífðarplötuna í varmaorku og sent hana til hitagleypandi vinnumiðilsins. Sólarsafnarar má skipta í tvo flokka eftir því hvort lofttæmi er í safnaranum eða ekki: flatir sólarsafnarar og lofttæmisrörsólarsafnarar; einbeitingarsólarsafnarar og óeinbeitingarsólarsafnarar eftir því hvort sólgeislunin við dagsbirtuopið breytir um stefnu; og fljótandi sólarsafnarar og loftsólarsafnarar eftir gerð varmaflutningsmiðilsins.

Nýting sólarorku í gróðurhúsum er aðallega framkvæmd með ýmsum gerðum sólarsafnara. Ibn Zor háskólinn í Marokkó hefur þróað virkt sólarorkuhitakerfi (ASHS) til að hita gróðurhús, sem getur aukið heildarframleiðslu tómata um 55% á veturna. Landbúnaðarháskólinn í Kína hefur hannað og þróað kæli- og viftukerfi fyrir yfirborð, með varmasöfnunargetu upp á 390,6 ~ 693,0 MJ, og setti fram hugmyndina um að aðskilja varmasöfnunarferlið frá varmageymsluferlinu með varmadælu. Háskólinn í Bari á Ítalíu hefur þróað fjölorkuhitakerfi fyrir gróðurhús, sem samanstendur af sólarorkukerfi og loft-vatns varmadælu, og getur aukið lofthita um 3,6% og jarðvegshita um 92%. Rannsóknarhópurinn hefur þróað virkan sólarorkuhitabúnað með breytilegri halla fyrir sólargróðurhús og stuðningsbúnað til að geyma varma fyrir vatn í gróðurhúsum eftir veðri. Virk sólarorkuhitatækni með breytilegri halla brýtur gegn takmörkunum hefðbundins varmasöfnunarbúnaðar fyrir gróðurhús, svo sem takmarkaða varmasöfnunargetu, skugga og notkun á ræktuðu landi. Með því að nota sérstaka gróðurhúsauppbyggingu sólargróðurhússins er rýmið sem ekki er gróðursett nýtt til fulls, sem bætir nýtingu gróðurhúsrýmisins til muna. Við dæmigerðar sólríkar vinnuaðstæður nær virka sólarhitasöfnunarkerfið með breytilegri halla 1,9 MJ/(m2klst), orkunýtingin nær 85,1% og orkusparnaðurinn er 77%. Í hitageymslutækni gróðurhúsa er fjölþrepa breyting á hitageymsluuppbyggingu stillt, hitageymslugeta hitageymslutækisins eykst og hægfara losun varma úr tækinu er náð, til að ná fram skilvirkri nýtingu á hitanum sem safnað er af sólarhitasöfnunarbúnaði gróðurhússins.

lífmassaorka

Ný uppbygging er byggð með því að sameina lífmassahitaframleiðslubúnaðinn við gróðurhúsið, og hráefni úr lífmassa eins og svínaskít, sveppaleifar og strá eru jarðgerð til að brugga hita, og varmaorkan sem myndast er veitt beint í gróðurhúsið [5]. Í samanburði við gróðurhús án lífmassagerjunarhitatanks getur hitunargróðurhúsið á áhrifaríkan hátt aukið jarðhita í gróðurhúsinu og viðhaldið réttu hitastigi rótarplantna sem ræktaðar eru í jarðveginum í venjulegu loftslagi á veturna. Sem dæmi um eins lags ósamhverft einangrunargróðurhús með 17 metra breidd og 30 metra lengd, getur það að bæta 8 metrum af landbúnaðarúrgangi (blandað tómatstrá og svínaskít) í gerjunartankinn innandyra fyrir náttúrulega gerjun án þess að snúa haugnum við, aukið meðalhita gróðurhússins um 4,2 ℃ á veturna, og meðal lágmarkshitastig á dag getur náð 4,6 ℃.

Orkunotkun lífmassastýrðrar gerjunar er gerjunaraðferð sem notar tæki og búnað til að stjórna gerjunarferlinu til að fá fljótt og skilvirkt nýtta varmaorku lífmassa og CO2 gasáburð. Þar á meðal eru loftræsting og raki lykilþættir til að stjórna framleiðslu á gerjunarhita og gasi lífmassa. Við loftræstar aðstæður nota loftháðar örverur í gerjunarhaugnum súrefni til lífsstarfsemi og hluti af myndaðri orku er notaður til eigin lífsstarfsemi og hluti orkunnar losnar út í umhverfið sem varmaorka, sem er gagnlegt fyrir hækkun hitastigs umhverfisins. Vatn tekur þátt í öllu gerjunarferlinu, veitir nauðsynleg leysanleg næringarefni fyrir örverustarfsemi og losar um leið varma haugsins í formi gufu í gegnum vatnið, til að lækka hitastig haugsins, lengja líftíma örveranna og auka meginhita haugsins. Uppsetning á stráútskolunarbúnaði í gerjunartanki getur aukið hitastig innandyra um 3 ~ 5 ℃ á veturna, styrkt ljóstillífun plantna og aukið uppskeru tómata um 29,6%.

Jarðvarmaorka

Kína er ríkt af jarðvarmaauðlindum. Eins og er er algengasta leiðin fyrir landbúnaðarmannvirki til að nýta jarðvarmaorku að nota jarðvarmadælur, sem geta flutt frá lággæða varmaorku í hágæða varmaorku með því að leggja inn lítið magn af hágæða orku (eins og raforku). Ólíkt hefðbundnum gróðurhúsahitunaraðferðum getur jarðvarmadæla ekki aðeins náð verulegum hitunaráhrifum, heldur einnig getu til að kæla gróðurhúsið og draga úr rakastigi í gróðurhúsinu. Rannsóknir á notkun jarðvarmadæla á sviði húsnæðisbygginga eru þroskaðar. Kjarninn sem hefur áhrif á hitunar- og kæligetu jarðvarmadæla er neðanjarðar varmaskiptaeiningin, sem felur aðallega í sér grafnar pípur, neðanjarðarbrunna o.s.frv. Hvernig á að hanna neðanjarðar varmaskiptakerfi með jafnvægi milli kostnaðar og áhrifa hefur alltaf verið rannsóknaráhersla þessa hluta. Á sama tíma hefur breyting á hitastigi jarðlagsins við notkun jarðvarmadælu einnig áhrif á notkunaráhrif varmadælukerfisins. Notkun jarðvarmadælu til að kæla gróðurhúsið á sumrin og geyma varmaorkuna í djúpu jarðlaginu getur dregið úr hitastigslækkun neðanjarðarlagsins og bætt varmaframleiðslugetu jarðvarmadælunnar á veturna.

Í rannsóknum á afköstum og skilvirkni jarðvarmadæla er nú búið til tölulegt líkan með hugbúnaði eins og TOUGH2 og TRNSYS, byggt á raunverulegum tilraunagögnum, og niðurstaðan er sú að hitunarafköst og afkastastuðull (COP) jarðvarmadælu geta náð 3,0 ~ 4,5, sem hefur góð kælingar- og hitunaráhrif. Í rannsóknum á rekstrarstefnu varmadælukerfisins komust Fu Yunzhun og fleiri að því að samanborið við álagsflæði hefur jarðvarmadæluflæði meiri áhrif á afköst einingarinnar og varmaflutningsafköst grafinna pípa. Við stillingu á flæði getur hámarks COP gildi einingarinnar náð 4,17 með því að nota rekstrarfyrirkomulag þar sem það er 2 klukkustundir í gangi og 2 klukkustundir í stöðvun; Shi Huixian o.fl. notuðu slitróttan rekstrarham fyrir vatnsgeymslukælikerfið. Á sumrin, þegar hitastigið er hátt, getur COP alls orkuveitukerfisins náð 3,80.

Tækni til að geyma hita í djúpri jarðvegi í gróðurhúsi

Geymsla djúprar jarðvegsvarma í gróðurhúsum er einnig kölluð „varmageymslubanki“ í gróðurhúsum. Kuldaskemmdir á veturna og hár hiti á sumrin eru helstu hindranirnar fyrir framleiðslu í gróðurhúsum. Rannsóknarhópurinn hannaði neðanjarðar djúpvarmageymslutæki fyrir gróðurhús vegna mikillar varmageymslugetu djúpjarðar. Tækið er tvöfalt lag samsíða varmaflutningsleiðsla grafin á 1,5 til 2,5 m dýpi neðanjarðar í gróðurhúsinu, með loftinntaki efst í gróðurhúsinu og loftúttaki á jörðu niðri. Þegar hitastigið í gróðurhúsinu er hátt er inniloftið dælt með krafti niður í jörðina með viftu til að varðveita hita og lækka hitastigið. Þegar hitastigið í gróðurhúsinu er lágt er hiti dreginn úr jarðveginum til að hita gróðurhúsið. Niðurstöður framleiðslu og notkunar sýna að tækið getur aukið hitastig gróðurhússins um 2,3 ℃ á vetrarnóttum, lækkað hitastigið innandyra um 2,6 ℃ á sumardögum og aukið uppskeru tómata um 1500 kg á 667 m.²Tækið nýtir sér til fulls eiginleika djúps neðanjarðarjarðvegs, þar á meðal hlýju á veturna og svalleika á sumrin, stöðugt hitastig, veitir gróðurhúsinu aðgang að orku og sinnir stöðugt aukahlutverkum eins og kælingu og upphitun gróðurhússins.

Samræming margra orkugjafa

Notkun tveggja eða fleiri orkutegunda til að hita gróðurhús getur á áhrifaríkan hátt bætt upp fyrir ókosti einnar orkutegundar og gefið til kynna ofursetningaráhrifin „einn plús einn er meiri en tveir“. Samspil jarðvarmaorku og sólarorku er rannsóknarefni nýrrar orkunýtingar í landbúnaðarframleiðslu á undanförnum árum. Emmi o.fl. rannsökuðu fjölorkukerfi (Mynd 1), sem er búið sólarorku-varma blendingssólsafnara. Í samanburði við hefðbundið loft-vatns varmadælukerfi er orkunýtni fjölorkukerfisins bætt um 16%~25%. Zheng o.fl. þróuðu nýja gerð af tengdu varmageymslukerfi sólarorku og jarðvarmadælu. Sólsafnarakerfið getur framkvæmt hágæða árstíðabundna geymslu á upphitun, þ.e. hágæða upphitun á veturna og hágæða kælingu á sumrin. Grafinn rörvarmaskiptir og slitróttur varmageymslutankur geta allir gengið vel í kerfinu og COP gildi kerfisins getur náð 6,96.

Í bland við sólarorku er markmiðið að draga úr notkun á atvinnuorku og auka stöðugleika sólarorkuframleiðslu í gróðurhúsum. Wan Ya o.fl. lögðu fram nýja snjalla stjórntækni sem sameinar sólarorkuframleiðslu og atvinnuorku til hitunar gróðurhúsa. Þessi aðferð getur nýtt sólarorku þegar ljós er til staðar og breytt henni í atvinnuorku þegar ekkert ljós er til staðar, sem dregur verulega úr orkuskorti og lækkar kostnað án þess að nota rafhlöður.

Sólarorka, lífmassaorka og raforka geta saman hitað gróðurhús, sem einnig getur náð mikilli hitunarnýtni. Zhang Liangrui og fleiri sameinuðu sólarorku rör hitasöfnun með dal rafmagns geymslu vatnstanki. Gróðurhús hitakerfið hefur góða hitaþægindi og meðalhitunarnýtni kerfisins er 68,70%. Rafmagns geymslu vatnstankurinn er lífmassa hitavatnsgeymir með rafhitun. Lægsti hitastig vatnsinntaksins við hitunarendann er stillt og rekstrarstefna kerfisins er ákvörðuð í samræmi við vatnsgeymsluhita sólar hitasöfnunarhlutans og lífmassa hitageymsluhlutans, til að ná stöðugu hitunarhitastigi við hitunarendann og spara rafmagn og lífmassa orkuefni eins og kostur er.

Nýstárlegar rannsóknir og notkun nýrra gróðurhúsaefna

Með stækkun gróðurhúsaflatarmáls koma ókostir hefðbundinna gróðurhúsaefna eins og múrsteina og jarðvegs í auknum mæli í ljós. Þess vegna, til að bæta enn frekar hitauppstreymi gróðurhúsa og mæta þróunarþörfum nútíma gróðurhúsa, eru margar rannsóknir og notkun nýrra gegnsæja hlífðarefna, einangrunarefna og veggjaefna.

Rannsóknir og notkun nýrra gegnsæja hlífðarefna

Tegundir gegnsæja hlífðarefna fyrir gróðurhús eru aðallega plastfilma, gler, sólarsellur og sólarsellur, og plastfilma hefur stærsta notkunarsviðið. Hefðbundin PE-filma fyrir gróðurhús hefur þá galla að vera stuttur endingartími, brotnar ekki niður og hefur eina virkni. Sem stendur hafa ýmsar nýjar virknifilmur verið þróaðar með því að bæta við virkum hvarfefnum eða húðunum.

Ljósbreytingarfilma:Ljósmyndunarfilman breytir ljósfræðilegum eiginleikum filmunnar með því að nota ljósmyndunarefni eins og sjaldgæf jarðefni og nanóefni og getur breytt útfjólubláu ljóssvæðinu í rautt appelsínugult ljós og blátt fjólublátt ljós sem þarf fyrir ljóstillífun plantna, og þannig aukið uppskeru og dregið úr skaða af völdum útfjólublás ljóss á uppskeru og gróðurhúsafilmur í plastgróðurhúsum. Til dæmis getur breiðbands fjólublá-til-rauð gróðurhúsafilma með VTR-660 ljósmyndunarefni bætt innrauða gegndræpi verulega þegar hún er notuð í gróðurhúsi, og samanborið við samanburðargróðurhúsið eykst uppskera tómata á hektara, C-vítamín og lýkópen innihald verulega um 25,71%, 11,11% og 33,04% í sömu röð. Hins vegar þarf enn að rannsaka endingartíma, niðurbrotshæfni og kostnað nýju ljósmyndarinnar eins og er.

Dreifð glerDreift gler í gróðurhúsum er sérstakt mynstur og endurskinsvörn á yfirborði glersins, sem getur hámarkað sólarljósið í dreifðan ljósgeisla sem fer inn í gróðurhúsið, bætt ljóstillífunarvirkni uppskerunnar og aukið uppskeruna. Dreift gler breytir ljósinu sem fer inn í gróðurhúsið í dreifðan ljósgeisla með sérstökum mynstrum og dreifða ljósið getur verið jafnara geislað inn í gróðurhúsið, sem útilokar skuggaáhrif beinagrindarinnar á gróðurhúsið. Í samanburði við venjulegt flotgler og ultra-hvítt flotgler er ljósgegndræpi dreifiglersins 91,5% og venjulegt flotgler 88%. Fyrir hvert 1% aukningu á ljósgegndræpi inni í gróðurhúsinu getur uppskeran aukist um 3% og leysanlegur sykur og C-vítamín í ávöxtum og grænmeti hefur aukist. Dreift gler í gróðurhúsum er fyrst húðað og síðan hert og sjálfsprengihraðinn er hærri en landsstaðallinn og nær 2‰.

Rannsóknir og notkun nýrra einangrunarefna

Hefðbundin einangrunarefni í gróðurhúsum eru aðallega strámottur, pappírssængur, náladrætt filt-einangrunarsængur o.s.frv., sem eru aðallega notuð til innri og ytri einangrunar á þökum, veggjaeinangrunar og einangrunar sumra hitageymslu- og hitasöfnunartækja. Flest þeirra hafa þann galla að tapa einangrunarhæfni vegna innri raka eftir langtímanotkun. Þess vegna eru margar notkunarmöguleikar nýrra einangrunarefna með mikla varmaeinangrun, þar á meðal ný einangrunarsængur, hitageymslu- og hitasöfnunartæki sem rannsóknaráherslan er á.

Ný einangrunarefni eru venjulega framleidd með því að vinna úr og blanda yfirborðsvatnsheldum og öldrunarþolnum efnum eins og ofnum filmum og húðuðum filti með mjúkum einangrunarefnum eins og úðahúðaðri bómull, ýmsum kashmír og perlubómull. Einangrunarteppi úr ofnum filmum, úðahúðaðri bómullarefni, var prófað í Norðaustur-Kína. Kom í ljós að viðbót 500 g af úðahúðaðri bómull jafngilti einangrunargetu 4500 g af svörtum filti á markaðnum. Við sömu aðstæður batnaði einangrunargeta 700 g af úðahúðaðri bómull um 1~2 ℃ samanborið við 500 g af úðahúðaðri bómullarefni. Á sama tíma komust aðrar rannsóknir einnig að því að einangrunargeta úðahúðaðrar bómullar og kashmírefnisefnis, samanborið við algengustu einangrunarteppin á markaðnum, er einangrunargeta úðahúðaðrar bómullar og kashmírefnisefnis betri, með einangrunarhlutfall upp á 84,0% og 83,3%, talið í sömu röð. Þegar kaldasti útihiti er -24,4 ℃ getur innihitinn náð 5,4 og 4,2 ℃, talið í sömu röð. Í samanburði við einangrunarteppi úr einföldu strái hefur nýja samsetta einangrunarteppið þá kosti að vera létt, einangrandi, vatnsheld og öldrunarþolin og hægt er að nota það sem nýja tegund af skilvirku einangrunarefni fyrir sólargróðurhús.

Á sama tíma, samkvæmt rannsóknum á einangrunarefnum fyrir gróðurhúsalofttegundir til að safna og geyma varma, kom einnig í ljós að þegar þykktin er sú sama, hafa marglaga samsett einangrunarefni betri einangrunargetu en einstök efni. Teymi prófessors Li Jianming frá Northwest A&F háskólanum hannaði og rannsakaði 22 gerðir af einangrunarefnum fyrir vatnsgeymslutæki í gróðurhúsum, svo sem lofttæmisplötur, loftgelplötur og gúmmíbómull, og mældi varmaeiginleika þeirra. Niðurstöðurnar sýndu að 80 mm einangrunarhúð + loftgel + gúmmí-plast einangrunarbómull gat dregið úr varmadreifingu um 0,367 MJ á tímaeiningu samanborið við 80 mm gúmmí-plastbómull, og varmaflutningsstuðullinn var 0,283 W/(m2·k) þegar þykkt einangrunarsamsetningarinnar var 100 mm.

Fasabreytingarefni er eitt af vinsælustu rannsóknum á gróðurhúsaefnum. Háskólinn í Northwest A&F hefur þróað tvær gerðir af geymslutækjum fyrir fasabreytingarefni: annars vegar geymslukassi úr svörtu pólýetýleni, sem er 50 cm × 30 cm × 14 cm að stærð (lengd × hæð × þykkt) og er fylltur með fasabreytingarefni, þannig að hann geti geymt hita og losað varma. Í öðru lagi hefur verið þróuð ný tegund af fasabreytingarplötu. Fasabreytingarplatan samanstendur af fasabreytingarefni, álplötu, ál-plastplötu og álblöndu. Fasabreytingarefnið er staðsett í miðlægri stöðu veggplötunnar og forskriftin er 200 mm × 200 mm × 50 mm. Það er duftkennt fast efni fyrir og eftir fasabreytingu og það er engin bráðnun eða flæði. Fjórir veggir fasabreytingarefnisins eru álplata og ál-plastplata, talið í sömu röð. Þetta tæki getur aðallega geymt hita á daginn og aðallega losað hita á nóttunni.

Þess vegna eru nokkur vandamál við notkun eins einangrunarefnis, svo sem lítil einangrunarvirkni, mikið varmatap, stuttur varmageymslutími o.s.frv. Þess vegna getur notkun samsetts einangrunarefnis sem einangrunarlags og einangrunarlags innandyra og utandyra sem þekja varmageymslubúnað bætt einangrunarvirkni gróðurhúsa á áhrifaríkan hátt, dregið úr varmatapi gróðurhússins og þannig náð fram orkusparnaði.

Rannsóknir og notkun nýrra veggja

Sem eins konar girðingarmannvirki er veggurinn mikilvæg hindrun fyrir kuldavörn gróðurhússins og varðveislu hita. Samkvæmt efni og uppbyggingu veggjanna má skipta norðurvegg gróðurhússins í þrjár gerðir: einlagsvegg úr jarðvegi, múrsteinum o.s.frv. og lagskiptan norðurvegg úr leirmúrsteinum, blokkmúrsteinum, pólýstýrenplötum o.s.frv., með innri hitageymslu og ytri hitaeinangrun, og flestir þessir veggir eru tímafrekir og vinnuaflsfrekir. Þess vegna hafa margar nýjar gerðir veggja komið fram á undanförnum árum, sem eru auðveldir í smíði og henta vel til fljótlegrar samsetningar.

Tilkoma nýrra gerða samsettra veggja stuðlar að hraðri þróun samsettra gróðurhúsa, þar á meðal nýrra gerða samsettra veggja með vatnsheldum og öldrunarvörnandi yfirborðsefnum og efnum eins og filti, perlubómull, geimbómull, glerbómull eða endurunninni bómull sem einangrunarlög, svo sem sveigjanlegir samsettir veggir úr úðabindi í Xinjiang. Að auki hafa aðrar rannsóknir einnig greint frá norðurvegg samsettra gróðurhúsa með hitageymslulagi, svo sem múrsteinsfylltum hveitiskeljamúrsteini í Xinjiang. Við sama ytra umhverfi, þegar lægsti útihiti er -20,8℃, er hitastigið í sólargróðurhúsinu með samsettum vegg úr hveitiskeljamúrsteini 7,5℃, en hitastigið í sólargróðurhúsinu með múrsteins-steypuvegg er 3,2℃. Uppskerutími tómata í múrsteinsgróðurhúsi getur flýst um 16 daga og uppskera í einstökum gróðurhúsum getur aukist um 18,4%.

Starfsfólk Northwest A&F háskólans lagði fram hugmyndina um að búa til einangrunar- og varmageymslueiningar úr strái, jarðvegi, vatni, steini og fasabreytingarefnum út frá ljósasjónarhorni og einfölduðu vegghönnun, sem stuðlaði að rannsóknum á notkun einingasamsettra veggja. Til dæmis, samanborið við venjulegt múrsteinsveggjagróðurhús, er meðalhitinn í gróðurhúsinu 4,0 ℃ hærri á dæmigerðum sólríkum degi. Þrjár gerðir af ólífrænum fasabreytingarsementseiningum, sem eru úr fasabreytingarefni (PCM) og sementi, hafa safnað varma upp á 74,5, 88,0 og 95,1 MJ/m³.³og losaði varma upp á 59,8, 67,8 og 84,2 MJ/m²³Þeir hafa það hlutverk að „skera tinda“ á daginn, „fylla dali“ á nóttunni, taka í sig hita á sumrin og losa hita á veturna.

Þessir nýju veggir eru settir saman á staðnum, með stuttum byggingartíma og langan líftíma, sem skapar skilyrði fyrir byggingu léttra, einfaldaðra og fljótlegra forsmíðaðra gróðurhúsa og getur stuðlað mjög að burðarvirkjum gróðurhúsa. Hins vegar eru nokkrir gallar á þessari tegund veggja, svo sem einangrunarveggir úr úðabrúðuðu bómullarefni með framúrskarandi einangrunargetu, en skortir varmageymslugetu, og byggingarefnið með fasabreytingum hefur þann vanda að vera hár notkunarkostnaður. Í framtíðinni ætti að efla rannsóknir á notkun samsettra veggja.

Ný orka, ný efni og ný hönnun hjálpa til við að breyta uppbyggingu gróðurhússins.

Rannsóknir og nýsköpun í nýrri orku og nýjum efnum leggja grunninn að hönnunarnýjungum gróðurhúsa. Orkusparandi sólargróðurhús og bogaskýli eru stærstu skýlin í kínverskum landbúnaðarframleiðslu og gegna mikilvægu hlutverki í landbúnaðarframleiðslu. Hins vegar, með þróun kínverska samfélagshagkerfisins, koma gallar þessara tveggja gerða mannvirkja í auknum mæli í ljós. Í fyrsta lagi er pláss mannvirkja lítið og vélvæðingin lítil; í öðru lagi hefur orkusparandi sólargróðurhús góða einangrun, en landnotkun er lítil, sem jafngildir því að skipta út gróðurhúsaorku fyrir land. Venjulegt bogaskýli hefur ekki aðeins lítið pláss heldur einnig lélega einangrun. Þó að fjölþrepa gróðurhús hafi mikið pláss hefur það lélega einangrun og mikla orkunotkun. Þess vegna er mikilvægt að rannsaka og þróa gróðurhúsamannvirki sem henta núverandi félagslegu og efnahagslegu stigi Kína, og rannsóknir og þróun á nýrri orku og nýjum efnum munu hjálpa gróðurhúsamannvirkjum að breytast og framleiða fjölbreyttar nýstárlegar gróðurhúsalíkön eða mannvirki.

Nýstárlegar rannsóknir á stórum, ósamhverfum, vatnsstýrðum brugghúsum

Stórt, ósamhverft, vatnsstýrt brugghús (einkaleyfisnúmer: ZL 201220391214.2) byggir á meginreglunni um sólarljósgróðurhús, sem breytir samhverfri uppbyggingu venjulegs plastgróðurhúss, eykur suðurhluta breiddarinnar, eykur lýsingarsvæði suðurþaksins, minnkar norðurhluta breiddarinnar og minnkar varmadreifingarsvæðið, með breidd upp á 18~24m og hrygghæð upp á 6~7m. Með nýjungum í hönnun hefur rýmisuppbyggingin verið aukin verulega. Á sama tíma eru vandamál vegna ófullnægjandi hita í gróðurhúsum á veturna og lélegrar einangrunar hefðbundinna einangrunarefna leyst með því að nota nýja tækni í lífmassabruggun með hita og einangrunarefnum. Niðurstöður framleiðslu og rannsókna sýna að stórt, ósamhverft, vatnsstýrt brugghús, með meðalhita upp á 11,7 ℃ á sólríkum dögum og 10,8 ℃ á skýjuðum dögum, getur mætt eftirspurn eftir ræktun á veturna og byggingarkostnaður gróðurhússins lækkar um 39,6% og landnýting eykst um meira en 30% samanborið við gróðurhús úr pólýstýrenmúrsteinsvegg, sem hentar til frekari vinsælda og notkunar í vatnasvæði Gula Huaihe-árinnar í Kína.

Samsett sólarljósgróðurhús

Samsett sólargróðurhús notar súlur og þakgrind sem burðarvirki og veggjaefnið er aðallega einangrandi girðing í stað burðar og óvirkrar varmageymslu og losunar. Helstu atriði: (1) ný gerð samsettra veggja er mynduð með því að sameina ýmis efni eins og húðaða filmu eða litaða stálplötu, stráblokk, sveigjanlegan einangrunarteppi, múrstein o.s.frv. (2) samsett veggplata úr forsmíðuðum sementplötum, pólýstýrenplötum og sementplötum; (3) Létt og einföld samsetning einangrunarefna með virku varmageymslu- og losunarkerfi og rakakerfi, svo sem plastferkantaða fötugeymslu og leiðslugeymslu. Notkun mismunandi nýrra einangrunarefna og varmageymsluefna í stað hefðbundinna jarðveggja til að byggja sólargróðurhús hefur stórt rými og minni mannvirkjagerð. Tilraunaniðurstöður sýna að hitastig gróðurhússins á nóttunni á veturna er 4,5 ℃ hærra en í hefðbundnu múrsteinsveggjagróðurhúsi og þykkt bakveggsins er 166 mm. Í samanburði við 600 mm þykkt múrsteinsveggjagróðurhús er upptekið flatarmál veggsins minnkað um 72% og kostnaðurinn á fermetra er 334,5 júan, sem er 157,2 júan lægra en fyrir múrsteinsveggjagróðurhúsið, og byggingarkostnaðurinn hefur lækkað verulega. Þess vegna hefur samsetta gróðurhúsið kost á minni eyðileggingu á ræktuðu landi, landsparnaði, hraðri byggingarhraða og langri endingartíma og er það lykilstefna fyrir nýsköpun og þróun sólargróðurhúsa nú og í framtíðinni.

Rennigróðurhús fyrir sólarljós

Orkusparandi sólargróðurhúsið, sem er samsett úr hjólabretti og þróað af landbúnaðarháskólanum í Shenyang, notar bakvegg sólargróðurhússins til að mynda vatnsgeymslukerfi til að geyma hita og hækka hitastig, sem samanstendur aðallega af sundlaug (32m³), ljóssafnplata (360 m²), vatnsdælu, vatnspípu og stjórntæki. Sveigjanlega einangrunin er skipt út fyrir nýja léttan stálplötu úr steinullarlituðu efni efst. Rannsóknin sýnir að þessi hönnun leysir á áhrifaríkan hátt vandamálið með gafla sem loka fyrir ljós og eykur ljósflöt gróðurhússins. Lýsingarhorn gróðurhússins er 41,5°, sem er næstum 16° hærra en í stjórngróðurhúsinu, sem bætir lýsingarhlutfallið. Dreifing hitastigs innandyra er jöfn og plönturnar vaxa snyrtilega. Gróðurhúsið hefur þá kosti að bæta skilvirkni landnýtingar, hanna sveigjanlega stærð gróðurhússins og stytta byggingartíma, sem er mjög mikilvægt til að vernda auðlindir ræktaðs lands og umhverfið.

Ljósvirkt gróðurhús

Gróðurhús í landbúnaði er gróðurhús sem samþættir sólarorkuframleiðslu, snjalla hitastýringu og nútímalega hátækni gróðursetningu. Það notar stálgrind og er þakið sólarorkueiningum til að tryggja lýsingarþarfir sólarorkuframleiðslueininganna og lýsingarþarfir alls gróðurhússins. Jafnstraumurinn sem myndast við sólarorku bætir beint við ljósi gróðurhúsa í landbúnaði, styður beint við eðlilegan rekstur gróðurhúsabúnaðar, knýr áveitu vatnsauðlinda, eykur hitastig gróðurhússins og stuðlar að hraðri vexti uppskeru. Sólarorkueiningar hafa á þennan hátt áhrif á lýsingarnýtni þaks gróðurhússins og síðan á eðlilegan vöxt gróðurhúsagrænmetis. Þess vegna verður skynsamleg uppsetning sólarplata á þaki gróðurhússins lykilatriði í notkun. Gróðurhús í landbúnaði er afrakstur lífrænnar samsetningar landbúnaðar og garðyrkju og er nýstárleg landbúnaðariðnaður sem samþættir sólarorkuframleiðslu, landbúnaðarrækt, landbúnaðarrækt, landbúnaðartækni, landslags- og menningarþróun.

Nýstárleg hönnun gróðurhúsasamstæðu með orkusamspili milli mismunandi gerða gróðurhúsa

Guo Wenzhong, rannsakandi við Landbúnaðar- og skógræktarakademíuna í Peking, notar hitunaraðferð til að flytja orku milli gróðurhúsa til að safna afgangsorku í einu eða fleiri gróðurhúsum til að hita annað eða fleiri gróðurhús. Þessi hitunaraðferð nær til flutnings á orku gróðurhúsa í tíma og rúmi, bætir orkunýtingu afgangsorku gróðurhússins og dregur úr heildarnotkun hitunarorku. Þessar tvær gerðir gróðurhúsa geta verið mismunandi gerðir gróðurhúsa eða sömu gerð gróðurhúsa til að rækta ýmsar ræktanir, svo sem salat- og tómatagróðurhús. Varmasöfnunaraðferðir fela aðallega í sér að draga úr hita innandyra og stöðva beint innfallandi geislun. Með sólarorkusöfnun, nauðungarhita með varmaskipti og nauðungarútdrætti með varmadælu er umframhiti í orkuríku gróðurhúsi dregið út til að hita gróðurhús.

draga saman

Þessi nýju sólargróðurhús hafa þá kosti að vera fljót að setja saman, stytta byggingartíma og nýta landið betur. Því er nauðsynlegt að kanna frekar afköst þessara nýju gróðurhúsa á mismunandi svæðum og veita möguleika á víðtækri útbreiðslu og notkun nýrra gróðurhúsa. Á sama tíma er nauðsynlegt að efla stöðugt notkun nýrrar orku og nýrra efna í gróðurhúsum til að veita orku fyrir uppbyggingu gróðurhúsa.

Framtíðarhorfur og hugsun

Hefðbundin gróðurhús hafa oft nokkra ókosti, svo sem mikla orkunotkun, litla landnýtingu, tímafreka og vinnuaflsfreka, lélega afköst o.s.frv., sem geta ekki lengur uppfyllt framleiðsluþarfir nútíma landbúnaðar og eru óhjákvæmilega að hverfa smám saman. Þess vegna er þróunarstefna að nota nýjar orkugjafa eins og sólarorku, lífmassaorku, jarðvarma og vindorku, ný efni til gróðurhúsanotkunar og nýjar hönnunar til að stuðla að uppbyggingu gróðurhúsa. Í fyrsta lagi ættu ný gróðurhús sem knúin eru áfram af nýrri orku og nýjum efnum ekki aðeins að uppfylla þarfir vélrænnar notkunar, heldur einnig að spara orku, land og kostnað. Í öðru lagi er nauðsynlegt að kanna stöðugt afköst nýrra gróðurhúsa á mismunandi svæðum til að skapa skilyrði fyrir stórfellda vinsældir gróðurhúsa. Í framtíðinni ættum við að leita frekar að nýrri orku og nýjum efnum sem henta fyrir gróðurhúsanotkun og finna bestu samsetninguna af nýrri orku, nýjum efnum og gróðurhúsum til að gera það mögulegt að byggja nýtt gróðurhús með litlum kostnaði, stuttum byggingartíma, lágri orkunotkun og framúrskarandi afköstum, hjálpa til við að breyta uppbyggingu gróðurhúsa og stuðla að nútímavæðingu gróðurhúsa í Kína.

Þó að notkun nýrrar orku, nýrra efna og nýrra hönnunar í gróðurhúsabyggingum sé óhjákvæmileg þróun, eru enn mörg vandamál sem þarf að rannsaka og yfirstíga: (1) Byggingarkostnaður eykst. Í samanburði við hefðbundna hitun með kolum, jarðgasi eða olíu er notkun nýrrar orku og nýrra efna umhverfisvæn og mengunarlaus, en byggingarkostnaðurinn eykst verulega, sem hefur ákveðin áhrif á endurheimt fjárfestinga í framleiðslu og rekstri. Í samanburði við orkunotkun mun kostnaður við ný efni aukast verulega. (2) Óstöðug nýting varmaorku. Stærsti kosturinn við nýtingu nýrrar orku er lágur rekstrarkostnaður og lítil losun koltvísýrings, en framboð orku og hita er óstöðugt og skýjaðir dagar verða stærsti takmarkandi þátturinn í nýtingu sólarorku. Í ferlinu við framleiðslu á lífmassahita með gerjun er virk nýting þessarar orku takmörkuð af vandamálum eins og lág gerjunarhitaorku, erfiðri stjórnun og eftirliti og miklu geymslurými fyrir flutning hráefna. (3) Tækniþroski. Þessi tækni sem notuð er af nýrri orku og nýjum efnum er háþróuð rannsóknar- og tæknileg afrek, og notkunarsvið þeirra og umfang er enn nokkuð takmarkað. Þau hafa ekki staðist mörg próf, margar staðsetningar og stórfelldar prófanir, og óhjákvæmilega eru einhverjir annmarkar og tæknilegt efni sem þarf að bæta í notkun. Notendur hafna oft framþróun tækni vegna minniháttar annmarka. (4) Tækniþróunarhlutfallið er lágt. Víðtæk notkun vísindalegra og tæknilegra afreka krefst ákveðinna vinsælda. Eins og er eru ný orka, ný tækni og ný gróðurhúsahönnunartækni allt í hópi vísindarannsóknarmiðstöðva í háskólum með ákveðna nýsköpunargetu, og flestir tæknilegir eftirspurnendur eða hönnuðir vita enn ekki; Á sama tíma er vinsældir og notkun nýrrar tækni enn nokkuð takmarkaðar vegna þess að grunnbúnaður nýrrar tækni er einkaleyfisvarinn. (5) Samþætting nýrrar orku, nýrra efna og hönnunar gróðurhúsabygginga þarf að efla enn frekar. Þar sem orka, efni og hönnun gróðurhúsabygginga tilheyra þremur mismunandi fræðigreinum, skortir hæfileikafólk með reynslu af gróðurhúsahönnun oft rannsóknir á orku og efnum sem tengjast gróðurhúsum, og öfugt; Þess vegna þurfa vísindamenn sem tengjast orku- og efnisrannsóknum að efla rannsóknir og skilning á raunverulegum þörfum þróunar gróðurhúsaiðnaðarins, og byggingarhönnuðir ættu einnig að rannsaka ný efni og nýja orku til að stuðla að djúpri samþættingu þessara þriggja tengsla, til að ná markmiðinu um hagnýta rannsóknartækni í gróðurhúsaiðnaði, lágan byggingarkostnað og góða nýtingaráhrif. Byggt á ofangreindum vandamálum er lagt til að ríkið, sveitarfélög og vísindarannsóknarstofnanir efla tæknilegar rannsóknir, framkvæma sameiginlegar rannsóknir ítarlega, styrkja kynningu á vísindalegum og tæknilegum afrekum, bæta vinsældir afreka og ná hraðari markmiðum um nýja orku og ný efni til að stuðla að nýrri þróun gróðurhúsaiðnaðarins.

Vitnað í upplýsingar

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Ný orka, ný efni og ný hönnun stuðla að nýrri byltingu gróðurhúsalofttegunda [J]. Grænmeti, 2022,(10):1-8.