Tækni í gróðurhúsarækt og landbúnaðarverkfræði 2022-12-02 17:30 birt í Peking

Þróun sólargróðurhúsa á óræktuðum svæðum eins og eyðimörkum, Gobi-landi og sandlandi hefur á áhrifaríkan hátt leyst mótsögnina milli matvæla og grænmetis sem keppa um land. Það er einn af afgerandi umhverfisþáttunum fyrir vöxt og þróun hitastigsræktunar, sem oft ræður árangri eða mistökum í gróðurhúsarækt. Þess vegna, til að þróa sólargróðurhús á óræktuðum svæðum, verðum við fyrst að leysa umhverfishitavandamál gróðurhúsa. Í þessari grein eru hitastýringaraðferðir sem notaðar hafa verið í óræktuðum gróðurhúsum á undanförnum árum teknar saman og núverandi vandamál og þróunarstefna hitastigs- og umhverfisverndar í óræktuðum sólargróðurhúsum eru greind og dregin saman.

Kína er með stóran íbúafjölda og takmarkað aðgengi að landbúnaði. Meira en 85% af landbúnaðargeiranum eru óræktaðar auðlindir, aðallega í norðvesturhluta Kína. Í skjali nr. 1 frá miðstjórninni frá árinu 2022 var bent á að hraða ætti þróun aðstöðulandbúnaðar og, með það að markmiði að vernda vistfræðilegt umhverfi, að kanna nýtanlegt autt land og óbyggðir til að þróa aðstöðulandbúnað. Norðvesturhluti Kína er ríkur af eyðimörkum, Gobi-svæðum, óbyggðum og öðrum óræktuðum landbúnaðargeiranum og náttúrulegum ljós- og hitaauðlindum, sem henta vel til þróunar aðstöðulandbúnaðar. Þess vegna er þróun og nýting óræktaðra landbúnaðargeira til að þróa gróðurhús á óræktuðu landi af mikilli stefnumótandi þýðingu til að tryggja matvælaöryggi þjóðarinnar og draga úr átökum um landnotkun.

Eins og er eru sólargróðurhús án ræktunar helsta form hagkvæmrar landbúnaðarþróunar á óræktuðu landi. Í norðvestur Kína er hitamunurinn á milli dags og nætur mikill og hitastigið á veturna lágt, sem leiðir oft til þess að lágmarkshitastig innandyra er lægra en hitastigið sem þarf fyrir eðlilegan vöxt og þroska uppskeru. Hitastig er einn af ómissandi umhverfisþáttum fyrir vöxt og þroska uppskeru. Of lágt hitastig mun hægja á lífeðlisfræðilegum og lífefnafræðilegum viðbrögðum uppskeru og hægja á vexti og þroska þeirra. Þegar hitastigið er lægra en þau mörk sem uppskeran þolir getur það jafnvel leitt til frostskaða. Þess vegna er sérstaklega mikilvægt að tryggja hitastigið sem þarf fyrir eðlilegan vöxt og þroska uppskeru. Til að viðhalda réttu hitastigi sólargróðurhúss er það ekki ein lausn. Það þarf að tryggja það út frá hönnun gróðurhúsa, smíði, efnisvali, reglugerðum og daglegri stjórnun. Þess vegna mun þessi grein draga saman rannsóknarstöðu og framfarir í hitastýringu í óræktuðum gróðurhúsum í Kína á undanförnum árum út frá sjónarhóli hönnunar og smíði gróðurhúsa, varmavarðveislu og hlýnunaraðgerða og umhverfisstjórnunar, til að veita kerfisbundna viðmiðun fyrir skynsamlega hönnun og stjórnun óræktaðra gróðurhúsa.

Gróðurhúsabygging og efni

Hitaumhverfi gróðurhúsa er aðallega háð getu gróðurhússins til að miðla, verjast og geyma sólargeislun, sem tengist sanngjörnu hönnunar á stefnu gróðurhússins, lögun og efni ljósgeislunarflatar, uppbyggingu og efni veggja og þaks, einangrun grunna, stærð gróðurhússins, nætureinangrunaraðferð og efni þaks o.s.frv., og tengist einnig hvort smíði og byggingarferli gróðurhússins geti tryggt að hönnunarkröfur séu uppfylltar á skilvirkan hátt.

Ljósflutningsgeta framþaks

Aðalorkan í gróðurhúsinu kemur frá sólinni. Að auka ljósgeislunargetu framþaksins er gagnlegt fyrir gróðurhúsið til að fá meiri hita og það er einnig mikilvægur grunnur að því að tryggja hitastig gróðurhússins á veturna. Eins og er eru þrjár meginaðferðir til að auka ljósgeislunargetu og ljósmóttökutíma framþaks gróðurhússins.

01 hönnun á sanngjörnum stefnumörkun og hæðarhorni gróðurhúsa

Stefna gróðurhúsa hefur áhrif á lýsingargetu gróðurhússins og varmageymslugetu þess. Þess vegna, til að fá meiri varmageymslu í gróðurhúsum, er stefna óræktaðra gróðurhúsa í norðvestur Kína sú að snúa í suður. Fyrir tiltekna sjónarhorn gróðurhússins, þegar suður til austurs er valið, er hagkvæmt að „grípa sólina“ og hitastigið innandyra hækkar hratt að morgni; þegar suður til vesturs er valið er hagkvæmt fyrir gróðurhúsið að nýta síðdegisljósið. Suðuráttin er málamiðlun milli ofangreindra tveggja aðstæðna. Samkvæmt þekkingu jarðeðlisfræðinnar snýst jörðin um 360° á sólarhring og sjónarhorn sólarinnar færist um 1° á 4 mínútna fresti. Þess vegna, í hvert skipti sem sjónarhorn gróðurhússins frávikar um 1°, mun tíminn sem beint sólarljós skín frávika um 4 mínútur, það er að segja, sjónarhorn gróðurhússins hefur áhrif á þann tíma þegar gróðurhúsið sér ljós að morgni og kvöldi.

Þegar morgun- og síðdegisljósstundir eru jafnar, og austur eða vestur eru í sama horni, fær gróðurhúsið sömu ljósstundir. Hins vegar, á svæðinu norðan 37° norðlægrar breiddar, er hitastigið lágt að morgni og tíminn til að taka sængina af er seint, en hitastigið er tiltölulega hátt síðdegis og kvölds, þannig að það er viðeigandi að seinka lokun einangrunarsængarinnar. Þess vegna ættu þessi svæði að velja suður-vestur átt og nýta síðdegisljósið til fulls. Á svæðum með 30°~35° norðlægrar breiddar, vegna betri birtuskilyrða að morgni, er einnig hægt að flýta fyrir hitavarna- og afhjúpunartímanum. Þess vegna ættu þessi svæði að velja suður-austur átt til að leitast við að fá meiri morgunsólargeislun fyrir gróðurhúsið. Hins vegar, á svæðinu með 35°~37° norðlægrar breiddar er lítill munur á sólargeislun að morgni og síðdegis, þannig að það er betra að velja beina suðurátt. Hvort sem um er að ræða suðaustur eða suðvestur, þá er frávikshornið almennt 5° ~ 8° og hámarkið skal ekki fara yfir 10°. Norðvestur Kína er á bilinu 37° ~ 50° norðlægrar breiddar, þannig að stefnuhorn gróðurhússins er almennt frá suðri til vesturs. Í ljósi þessa hefur sólarljósgróðurhúsið sem Zhang Jingshe o.fl. hannaði á Taiyuan-svæðinu valið stefnu upp á 5° í vestur frá suðri, sólarljósgróðurhúsið sem Chang Meimei o.fl. smíðaði á Gobi-svæðinu í Hexi-ganginum hefur valið stefnu upp á 5° til 10° í vestur frá suðri, og sólarljósgróðurhúsið sem Ma Zhigui o.fl. smíðaði í norðurhluta Xinjiang hefur valið stefnu upp á 8° í vestur frá suðri.

02 Hönnun á sanngjörnu lögun og hallahorni framþaks

Lögun og halli framþaksins ákvarða innfallshorn sólargeislanna. Því minni sem innfallshornið er, því meiri er gegndræpi ljóssins. Sun Juren telur að lögun framþaksins ráðist aðallega af hlutfalli lengdar aðallýsingarflatarins og afturhallans. Langur framhalli og stuttur afturhalli eru gagnlegir fyrir lýsingu og hitavarna framþaksins. Chen Wei-Qian og fleiri telja að aðallýsingarþök sólargróðurhúsa sem notuð eru á Gobi-svæðinu noti hringlaga boga með 4,5 m radíus, sem geti þolað kulda á áhrifaríkan hátt. Zhang Jingshe o.fl. telja að það sé viðeigandi að nota hálfhringlaga boga á framþökum gróðurhúsa í fjallasvæðum og á háum breiddargráðum. Hvað varðar halla framþaksins, samkvæmt ljósgeislunareiginleikum plastfilmu, þegar innfallshornið er 0 ~ 40°, er endurskin framþaksins gagnvart sólarljósinu lítið, og þegar það fer yfir 40° eykst endurskinið verulega. Þess vegna er 40° notað sem hámarks innfallshorn til að reikna út halla framþaksins, þannig að jafnvel á vetrarsólstöðum geti sólargeislun komist sem mest inn í gróðurhúsið. Þess vegna, þegar sólargróðurhús sem hentar fyrir óræktað svæði í Wuhai í Innri Mongólíu, reiknuðu He Bin og fleiri út halla framþaksins með innfallshorni upp á 40° og töldu að svo lengi sem það væri meira en 30° gæti það uppfyllt kröfur um lýsingu gróðurhúsa og hitavarna. Zhang Caihong og aðrir telja að þegar gróðurhús eru byggð á óræktuðum svæðum í Xinjiang sé halla framþaks gróðurhúsa í suðurhluta Xinjiang 31°, en í norðurhluta Xinjiang sé það 32°~33,5°.

03 Veldu hentug gegnsæ hlífðarefni.

Auk áhrifa sólargeislunar utandyra eru efni og ljósgeislunareiginleikar gróðurhúsfilmu einnig mikilvægir þættir sem hafa áhrif á ljós- og hitaumhverfi gróðurhúsa. Eins og er er ljósgeislun plastfilma eins og PE, PVC, EVA og PO mismunandi vegna mismunandi efna og filmuþykktar. Almennt séð er ljósgeislunarhlutfall filmu sem hefur verið notað í 1-3 ár tryggt að vera yfir 88% í heildina, sem ætti að velja í samræmi við eftirspurn ræktunar eftir ljósi og hitastigi. Að auki, auk ljósgeislunar í gróðurhúsum, er dreifing ljósumhverfisins í gróðurhúsum einnig þáttur sem fólk veitir sífellt meiri athygli. Þess vegna hefur ljósgeislunarhúðunarefni með aukinni dreifingu ljóss notið mikilla vinsælda í greininni á undanförnum árum, sérstaklega á svæðum með sterka sólargeislun í norðvestur Kína. Notkun aukinnar dreifingarljósfilmu hefur dregið úr skuggaáhrifum á efri og neðri hluta ræktunarþaksins, aukið ljós í miðju og neðri hluta ræktunarþaksins, bætt ljóstillífunareiginleika allrar ræktunar og sýnt góð áhrif á að stuðla að vexti og auka framleiðslu.

Sanngjörn hönnun gróðurhúsastærðar

Of langt eða of stutt gróðurhús, sem hefur áhrif á hitastýringu innandyra. Þegar gróðurhúsið er of stutt, fyrir sólarupprás og sólsetur, er svæðið sem skuggað er af austur- og vesturgöflunum stórt, sem er ekki til þess fallið að hita gróðurhúsið upp. Vegna lítils rúmmáls hefur það áhrif á upptöku og losun hita jarðvegs og veggja innandyra. Of langt er erfitt að stjórna hitastigi innandyra og það hefur áhrif á þéttleika gróðurhúsbyggingarinnar og uppsetningu rúllukerfisins fyrir hitavarna. Hæð og breidd gróðurhússins hafa bein áhrif á dagsbirtu framþaksins, stærð gróðurhúsrýmisins og einangrunarhlutfallið. Þegar breidd og lengd gróðurhússins eru föst getur aukin hæð gróðurhússins aukið lýsingarhorn framþaksins frá sjónarhóli ljóss umhverfisins, sem er til þess fallið að auka ljósgeislun. Frá sjónarhóli hitas umhverfisins eykst hæð veggsins og hitageymslusvæði bakveggsins eykst, sem er til góðs fyrir hitageymslu og losun hita bakveggsins. Þar að auki er rýmið stórt, varmagetan einnig mikil og hitaumhverfi gróðurhússins stöðugra. Að sjálfsögðu mun aukin hæð gróðurhússins auka kostnað við gróðurhús, sem þarf að hafa í huga ítarlega. Þess vegna ættum við að velja sanngjarna lengd, spann og hæð í samræmi við staðbundnar aðstæður þegar gróðurhús eru hönnuð. Til dæmis telja Zhang Caihong og fleiri að í norðurhluta Xinjiang sé lengd gróðurhúsa 50~80m, spann 7m og hæð gróðurhússins 3,9m, en í suðurhluta Xinjiang sé lengd gróðurhúsa 50~80m, spann 8m og hæð gróðurhússins 3,6~4,0m. Einnig er talið að spann gróðurhúsa ætti ekki að vera minna en 7m, og þegar spannið er 8m er hitavarnaáhrifin best. Að auki telja Chen Weiqian og fleiri að lengd, breidd og hæð sólargróðurhússins ætti að vera 80 m, 8~10 m og 3,8~4,2 m, talið í sömu röð, þegar það verður byggt á Gobi-svæðinu í Jiuquan í Gansu.

Bæta hitageymslu og einangrunargetu veggsins

Á daginn safnar veggurinn hita með því að taka í sig sólargeislun og hita úr hluta af inniloftinu. Á nóttunni, þegar hitastigið innandyra er lægra en hitastig veggsins, mun veggurinn gefa frá sér hita óvirkt til að hita gróðurhúsið. Sem aðal varmageymslueining gróðurhússins getur veggurinn bætt næturhitastigið innandyra verulega með því að bæta varmageymslugetu sína. Á sama tíma er einangrunarhlutverk veggsins grundvöllur stöðugleika varmaumhverfis gróðurhússins. Sem stendur eru til nokkrar aðferðir til að bæta varmageymslu og einangrunargetu veggja.

01 hönnun sanngjarnrar veggbyggingar

Hlutverk veggjarins felst aðallega í að geyma hita og varðveita hann, og á sama tíma þjóna flestir gróðurhúsveggir einnig sem burðarþættir til að styðja við þakstoð. Til að tryggja gott hitaumhverfi ætti sanngjörn veggbygging að hafa nægilega hitageymslugetu að innan og nægilega hitavarnagetu að utan, en jafnframt að draga úr óþarfa kuldabrúm. Í rannsóknum á hitageymslu og einangrun veggja hönnuðu Bao Encai og fleiri vegg með storknuðum sandi sem óvirkan hitageymslu í Wuhai-eyðimörkinni í Innri-Mongólíu. Götóttur múrsteinn var notaður sem einangrunarlag að utan og storknaður sandur var notaður sem hitageymslulag að innan. Prófunin sýndi að hitastigið innandyra gat náð 13,7°C á sólríkum dögum. Ma Yuehong o.fl. hönnuðu samsettan vegg úr hveitiskeljamúrsteinum í norðurhluta Xinjiang, þar sem óbleikt kalk er fyllt í múrsteinablokkir sem hitageymslulag og gjallpokar eru staflaðir utandyra sem einangrunarlag. Holblokkarveggurinn sem Zhao Peng o.fl. hannaði á Gobi-svæðinu í Gansu-héraði notar 100 mm þykka bensenplötu sem einangrunarlag að utan og sand og holblokkarmúrstein sem hitageymslulag að innan. Prófanirnar sýna að meðalhiti á veturna er yfir 10°C á nóttunni og Chai Regeneration o.fl. notar einnig sand og möl sem einangrunarlag og hitageymslulag fyrir vegginn á Gobi-svæðinu í Gansu-héraði. Til að draga úr kuldabrúm hönnuðu Yan Junyue o.fl. léttan og einfaldaðan bakvegg sem ekki aðeins bætti varmaþol veggsins heldur einnig þéttieiginleika veggsins með því að líma pólýstýrenplötur utan á bakvegginn. Wu Letian o.fl. settu upp járnbentan steinsteypuhringbjálka ofan á grunn gróðurhúsveggsins og notuðu trapisulaga múrsteinsstimplun rétt fyrir ofan hringbjálkann til að styðja við bakþakið. Þetta leysir vandamálið með sprungur og sig í grunni gróðurhúsa í Hotian, Xinjiang, sem hefur áhrif á varmaeinangrun gróðurhúsa.

02 Veldu viðeigandi varmageymslu- og einangrunarefni.

Varmageymslu- og einangrunaráhrif veggjarins eru fyrst og fremst háð efnisvali. Í norðvestureyðimörkinni, Gobi-héraði, sandlandi og öðrum svæðum, notuðu vísindamenn staðbundin efni og gerðu djörf tilraun til að hanna margar mismunandi gerðir af bakveggjum fyrir sólargróðurhús, allt eftir aðstæðum staðarins. Til dæmis, þegar Zhang Guosen og fleiri byggðu gróðurhús á sand- og malarökrum í Gansu, var sandur og möl notað sem varmageymslu- og einangrunarlög í veggjum. Samkvæmt einkennum Gobi-héraðs og eyðimerkur í norðvestur Kína, hannaði Zhao Peng eins konar holblokkavegg með sandsteini og holblokkum sem efni. Prófunin sýnir að meðalhiti innandyra á nóttunni er yfir 10°C. Í ljósi skorts á byggingarefnum eins og múrsteinum og leir í Gobi-héraði í norðvestur Kína, komust Zhou Changji og fleiri að því að staðbundin gróðurhús nota venjulega smásteina sem veggefni þegar þau rannsökuðu sólargróðurhús í Gobi-héraði í Kizilsu, Kirgiz, Xinjiang. Í ljósi hitauppstreymis og vélræns styrks smásteina hefur gróðurhús sem byggt er úr smásteinum góða frammistöðu hvað varðar varmageymslu, varmageymslu og burðarþol. Á sama hátt nota Zhang Yong o.fl. einnig steina sem aðalefni veggjarins og hanna sjálfstæðan bakvegg úr steinum með varmageymslu í Shanxi og víðar. Prófunin sýnir að varmageymsluáhrifin eru góð. Zhang o.fl. hannuðu eins konar sandsteinsvegg í samræmi við eiginleika norðvestur Gobi-svæðisins, sem getur hækkað hitastig innandyra um 2,5°C. Að auki prófuðu Ma Yuehong og fleiri varmageymslugetu sandveggja með blokkum, blokkum og múrsteinsveggja í Hotian, Xinjiang. Niðurstöðurnar sýndu að sandveggirnir með blokkum höfðu mesta varmageymslugetu. Að auki, til að bæta varmageymslugetu veggjarins, þróa vísindamenn virkan ný varmageymsluefni og tækni. Til dæmis lagði Bao Encai til fasabreytingarherðiefni, sem hægt er að nota til að bæta varmageymslugetu bakveggja sólargróðurhúsa á óræktuðum svæðum í norðvestri. Við könnun á staðbundnum efnum eru einnig notuð heystakkur, gjall, bensenplata og strá sem veggjaefni, en þessi efni hafa venjulega aðeins það hlutverk að varðveita varma en ekki varmageymslugetu. Almennt séð hafa veggir fylltir með möl og blokkum góða varmageymslu og einangrunargetu.

03 Aukið veggþykktina á viðeigandi hátt

Venjulega er hitaþol mikilvægur mælikvarði til að mæla einangrunargetu veggjarins, og þátturinn sem hefur áhrif á hitaþol er þykkt efnislagsins auk varmaleiðni efnisins. Þess vegna, á grundvelli vals á viðeigandi einangrunarefnum, getur viðeigandi aukning á þykkt veggjarins aukið heildarhitaþol veggjarins og dregið úr hitatapi í gegnum vegginn, og þannig aukið einangrun og varmageymslugetu veggjarins og alls gróðurhússins. Til dæmis, í Gansu og öðrum svæðum er meðalþykkt sandpokaveggja í Zhangye borg 2,6 m, en múrsteinsveggja í Jiuquan borg er 3,7 m. Því þykkari sem veggurinn er, því meiri er einangrun hans og varmageymslugeta. Hins vegar munu of þykkir veggir auka landnotkun og kostnað við byggingu gróðurhúsa. Þess vegna, frá sjónarhóli þess að bæta einangrunargetuna, ættum við einnig að forgangsraða því að velja efni með mikla einangrun og litla varmaleiðni, svo sem pólýstýren, pólýúretan og önnur efni, og síðan auka þykktina á viðeigandi hátt.

Sanngjörn hönnun afturþaks

Við hönnun afturþaksins er aðalatriðið að forðast skuggaáhrif og bæta einangrunargetu. Til að draga úr áhrifum skugga á afturþakið er stilling halla þess aðallega byggð á þeirri staðreynd að afturþakið geti fengið beint sólarljós á daginn þegar uppskera er gróðursett og ræktuð. Þess vegna er hæðarhorn afturþaksins almennt valið þannig að það sé betra en staðbundið sólarhæðarhorn vetrarsólstöðu sem er 7°~8°. Til dæmis telja Zhang Caihong og fleiri að þegar sólargróðurhús eru byggð í Gobi og salt-basa svæðum í Xinjiang sé áætluð lengd afturþaksins 1,6 m, þannig að hallahorn afturþaksins er 40° í suðurhluta Xinjiang og 45° í norðurhluta Xinjiang. Chen Wei-Qian og fleiri telja að afturþak sólargróðurhússins í Jiuquan Gobi svæðinu ætti að vera hallað um 40°. Fyrir einangrun afturþaks ætti að tryggja einangrunargetu aðallega við val á einangrunarefnum, nauðsynlegri þykkt og sanngjarna samskeyti einangrunarefna meðan á byggingu stendur.

Minnka varmatap jarðvegs

Á vetrarnóttum, þar sem hitastig jarðvegs innandyra er hærra en jarðvegs utandyra, mun hiti jarðvegsins innandyra berast út með varmaleiðni, sem veldur tapi á varma í gróðurhúsinu. Það eru nokkrar leiðir til að draga úr varmatapi jarðvegs.

01 jarðvegseinangrun

Jörðin sígur rétt niður, forðast frosið jarðlag og notar jarðveginn til að varðveita hita. Til dæmis var sólargróðurhúsið „1448 þriggja efna, einn hluti“, sem Chai Regeneration og annað óræktað land þróaðu í Hexi Corridor, byggt með því að grafa 1 m niður, sem í raun forðaðist frosið jarðlag. Þar sem frosinn jarðvegur á Turpan-svæðinu er 0,8 m dýpt, lögðu Wang Huamin og fleiri til að grafa 0,8 m til að bæta einangrunargetu gróðurhússins. Þegar Zhang Guosen o.fl. byggðu bakvegginn á tvöfaldri bogadregnu tvöfaldri filmu-grafgróðurhúsi á óræktanlegu landi, var grafdýptin 1 m. Tilraunin sýndi að lægsti hitinn á nóttunni jókst um 2~3°C samanborið við hefðbundið sólargróðurhús af annarri kynslóð.

02 grunnur kuldavörn

Helsta aðferðin er að grafa kuldaþolinn skurð meðfram grunnhluta framþaksins, fylla með einangrunarefni eða grafa einangrunarefni stöðugt neðanjarðar meðfram grunnveggnum, sem allt miðar að því að draga úr varmatapi af völdum varmaflutnings í gegnum jarðveginn á jaðarhluta gróðurhússins. Einangrunarefnin sem notuð eru eru aðallega byggð á staðbundnum aðstæðum í norðvestur Kína og er hægt að nálgast á staðnum, svo sem hey, gjall, steinull, pólýstýrenplötur, maísstrá, hestaskít, föllin lauf, brotið gras, sag, illgresi, strá o.s.frv.

03 moldarfilma

Með því að hylja plastfilmuna getur sólarljós náð til jarðvegsins í gegnum plastfilmuna á daginn og jarðvegurinn gleypir hita sólarinnar og hitnar. Þar að auki getur plastfilman hindrað langbylgjugeislun sem endurkastast af jarðveginum, þannig að hún dregur úr geislunartapi jarðvegsins og eykur hitageymslu jarðvegsins. Á nóttunni getur plastfilman hindrað varmaskipti milli jarðvegs og innilofts og þannig dregið úr hitatapi jarðvegsins. Á sama tíma getur plastfilman einnig dregið úr duldu hitatapi sem orsakast af uppgufun jarðvegsvatns. Wei Wenxiang huldi gróðurhúsið með plastfilmu á Qinghai hásléttunni og tilraunin sýndi að hægt var að hækka jarðhita um 1 ℃.

Styrkja einangrunargetu framþaksins

Framþak gróðurhússins er aðal varmadreifingarflöturinn og varmatap nemur meira en 75% af heildarvarmatapinu í gróðurhúsinu. Þess vegna getur styrking á einangrunargetu framþaks gróðurhússins á áhrifaríkan hátt dregið úr tapinu í gegnum framþakið og bætt vetrarhitastig gróðurhússins. Sem stendur eru þrjár meginráðstafanir til að bæta einangrunargetu framþaksins.

01 Marglaga gegnsæ húðun er notuð.

Byggingarlega séð getur notkun tvílaga eða þriggja laga filmu sem ljósgeislunarflötur gróðurhúsa bætt einangrun gróðurhússins á áhrifaríkan hátt. Til dæmis hönnuðu Zhang Guosen og fleiri tvöfalda boga tvöfalda filmu af gerðinni grafinn sólargróðurhús á Gobi-svæðinu í Jiuquan-borg. Ytra byrði framþaks gróðurhússins er úr EVA-filmu og innra byrði gróðurhússins er úr PVC-dropafríum öldrunarfilmu. Tilraunir sýna að einangrunaráhrifin eru framúrskarandi samanborið við hefðbundið sólargróðurhús af annarri kynslóð og lægsta hitastigið á nóttunni hækkar að meðaltali um 2~3°C. Á sama hátt hönnuðu Zhang Jingshe o.fl. einnig sólargróðurhús með tvöfaldri filmuþekju fyrir loftslagseiginleika á háum breiddargráðum og á köldum svæðum, sem bætti einangrun gróðurhússins verulega. Næturhitinn hækkaði um 3°C samanborið við samanburðargróðurhúsið. Að auki reyndu Wu Letian og fleiri að nota þrjú lög af 0,1 mm þykkri EVA-filmu á framþaki sólargróðurhússins sem hannað var í Hetian-eyðimörkinni í Xinjiang. Fjöllaga filma getur dregið úr hitatapi framþaksins á áhrifaríkan hátt, en þar sem ljósgegndræpi eins lags filmu er í grundvallaratriðum um 90%, mun fjöllaga filma náttúrulega draga úr ljósgegndræpi. Þess vegna, þegar fjöllaga ljósgegndræpishúð er valin, er nauðsynlegt að huga vel að birtuskilyrðum og lýsingarkröfum gróðurhúsa.

02 Styrkja nætureinangrun framþaksins

Plastfilma er notuð á framþakið til að auka ljósgegndræpi á daginn og verður það veikasti staðurinn í öllu gróðurhúsinu á nóttunni. Þess vegna er nauðsynlegt að hylja ytra byrði framþaksins með þykkri samsettri einangrunarteppi fyrir sólargróðurhús. Til dæmis notuðu Liu Yanjie og fleiri strágardínur og kraftpappír sem einangrunarteppi í tilraunum í Qinghai-fjöllunum. Niðurstöður prófana sýndu að lægsti hitastig innandyra í gróðurhúsi á nóttunni gat farið yfir 7,7°C. Ennfremur telur Wei Wenxiang að hægt sé að minnka varmatap gróðurhússins um meira en 90% með því að nota tvöföld grasgardínur eða kraftpappír utan á grasgardínur til einangrunar á þessu svæði. Að auki notuðu Zou Ping o.fl. nálgaða einangrunarteppi úr endurunnum trefjum í sólargróðurhúsinu í Gobi-héraði í Xinjiang og Chang Meimei o.fl. notuðu einangrunarteppi úr bómullarsamloku í sólargróðurhúsinu í Gobi-héraði í Hexi-ganginum. Nú á dögum eru margar gerðir af einangrunarteppum notaðar í sólargróðurhúsum, en flestar þeirra eru úr náluðu filti, límúðaðri bómull, perlubómull o.s.frv., með vatnsheldum eða öldrunarvörn á báðum hliðum. Samkvæmt einangrunarkerfi einangrunarteppunnar ætti að byrja á að bæta varmaþol hennar og minnka varmaflutningsstuðul til að bæta einangrunargetu hennar. Helstu ráðstafanir eru að draga úr varmaleiðni efnanna, auka þykkt efnislaganna eða fjölga efnislagunum o.s.frv. Þess vegna er kjarnaefni einangrunarteppunnar með mikilli einangrun oft úr marglaga samsettum efnum. Samkvæmt prófunum getur varmaflutningsstuðull einangrunarteppunnar með mikilli einangrun náð 0,5W/(m2℃) sem veitir betri ábyrgð á einangrun gróðurhúsa á köldum svæðum á veturna. Að sjálfsögðu er norðvestursvæðið vindasamt og rykugt og útfjólublá geislun er sterk, þannig að yfirborðslag einangrunarteppunnar ætti að hafa góða öldrunarvörn.

03 Bætið við innri einangrunargardínu.

Þó að framþak sólarljósgróðurhússins sé þakið ytri einangrunarteppi á nóttunni, hvað varðar aðrar byggingar alls gróðurhússins, er framþakið samt sem áður veikburða staður fyrir allt gróðurhúsið á nóttunni. Þess vegna hannaði verkefnateymið „Uppbygging og byggingartækni gróðurhúsa á norðvesturlandi sem ekki er ræktanlegt“ einfalt innra einangrunarkerfi (Mynd 1), sem samanstendur af föstum innri einangrunarteppi við fremri fótinn og færanlegum innri einangrunarteppi í efri rýminu. Efri færanlegi einangrunarteppinn er opnaður og brotinn saman við afturvegg gróðurhússins á daginn, sem hefur ekki áhrif á lýsingu gróðurhússins; fasta einangrunarteppið neðst gegnir hlutverki þéttingar á nóttunni. Innri einangrunarhönnunin er snyrtileg og auðveld í notkun og getur einnig gegnt hlutverki skugga og kælingar á sumrin.

Virk hlýnunartækni

Vegna lágs vetrarhita í norðvestur Kína, ef við reiðum okkur eingöngu á hitageymslu og varma í gróðurhúsum, getum við samt ekki uppfyllt kröfur um vetrarræktun í sumum köldum veðrum, þannig að sumar virkar hlýnunaraðgerðir eru einnig til staðar.

Sólarorkugeymslu- og varmalosunarkerfi

Það er mikilvæg ástæða fyrir því að veggurinn gegnir hlutverki varmageymslu, varmageymslu og burðargetu, sem leiðir til mikils byggingarkostnaðar og lágrar landnýtingarhlutfalls sólargróðurhúsa. Þess vegna er einföldun og samsetning sólargróðurhúsa óhjákvæmileg mikilvæg þróunarstefna í framtíðinni. Meðal þeirra er einföldun á hlutverki veggsins að losa um varmageymslu- og losunarhlutverk veggsins, þannig að bakveggurinn gegnir aðeins varmavarnahlutverki, sem er áhrifarík leið til að einfalda þróunina. Til dæmis er virkt varmageymslu- og losunarkerfi Fang Hui (mynd 2) mikið notað á óræktuðum svæðum eins og Gansu, Ningxia og Xinjiang. Varmasöfnunarbúnaður þess er hengdur á norðurvegginn. Á daginn er hitinn sem safnað er með varmasöfnunarbúnaðinum geymdur í varmageymsluhlutanum með hringrás varmageymslumiðilsins, og á nóttunni er hitinn losaður og hitaður með hringrás varmageymslumiðilsins, þannig að varmaflutningur í tíma og rúmi næst. Tilraunir sýna að hægt er að hækka lágmarkshita í gróðurhúsinu um 3~5°C með því að nota þetta tæki. Wang Zhiwei o.fl. lögðu fram vatnshitunarkerfi fyrir sólargróðurhús í suðurhluta Xinjiang-eyðimerkursvæðisins, sem getur hækkað hitastig gróðurhússins um 2,1 ℃ á nóttunni.

Auk þess hönnuðu Bao Encai o.fl. virkt varmageymslukerfi fyrir norðurvegginn. Á daginn, með hringrás ásvifta, streymir heitt loft innandyra í gegnum varmaflutningsrásina sem er innbyggð í norðurvegginn, og varmaflutningsrásin skiptir hita við varmageymslulagið inni í veggnum, sem bætir varmageymslugetu veggsins verulega. Auk þess geymir sólarorkugeymslukerfið, hannað af Yan Yantao o.fl., hita í fasabreytingarefnunum í gegnum sólarsafnara á daginn og dreifir síðan hitanum út í loftið innandyra með lofthringrás á nóttunni, sem getur aukið meðalhitastigið um 2,0°C á nóttunni. Ofangreind tækni og búnaður til sólarorkunýtingar hafa eiginleika hagkvæmni, orkusparnaðar og lágs kolefnislosunar. Eftir hagræðingu og úrbætur ættu þau að hafa góða möguleika á notkun á svæðum með mikla sólarorkuauðlindir í norðvestur Kína.

Önnur hjálparhitunartækni

01 lífmassaorkuhitun

Undirlag, strá, kúaskítur, sauðaskítur og alifuglaskítur eru blandaðar lífrænum bakteríum og grafnar í jarðveginn í gróðurhúsinu. Mikill hiti myndast við gerjunina og margar gagnlegar tegundir, lífrænt efni og CO2 myndast við gerjunina. Gagnlegar tegundir geta hamlað og drepið ýmsar bakteríur og dregið úr tilurð gróðurhúsasjúkdóma og meindýra; Lífrænt efni getur orðið áburður fyrir ræktun; CO2 sem myndast getur aukið ljóstillífun ræktunar. Til dæmis gróf Wei Wenxiang heitan lífrænan áburð eins og hestaskít, kúaskít og sauðaskít í jarðveg innandyra í sólargróðurhúsi á Qinghai hásléttunni, sem hækkaði jarðhita á áhrifaríkan hátt. Í sólargróðurhúsinu í Gansu-eyðimörkinni notaði Zhou Zhilong strá og lífrænan áburð til að gerjast á milli ræktunar. Prófunin sýndi að hægt var að hækka hitastig gróðurhússins um 2~3°C.

02 kolakynding

Það eru til gerviofnar, orkusparandi vatnshitarar og hitunaraðferðir. Til dæmis, eftir rannsókn á Qinghai hásléttunni, komst Wei Wenxiang að því að gerviofnahitun var aðallega notuð á staðnum. Þessi hitunaraðferð hefur þá kosti að hún hitnar hraðar og hefur augljósa hitunaráhrif. Hins vegar myndast skaðleg lofttegundir eins og SO2, CO og H2S við brennslu kola, þannig að það er nauðsynlegt að losa skaðleg lofttegundir vel.

03 rafmagnshitun

Notið rafmagnshitavír til að hita framþak gróðurhússins eða notið rafmagnsofn. Hitaáhrifin eru einstök, notkunin er örugg, engin mengunarefni myndast í gróðurhúsinu og hitunarbúnaðurinn er auðveldur í stjórnun. Chen Weiqian og fleiri telja að frostskemmdir á veturna á Jiuquan-svæðinu hamli þróun Gobi-landbúnaðar á staðnum og að hægt sé að nota rafmagnshitaelement til að hita gróðurhúsið. Hins vegar, vegna notkunar á hágæða raforkuauðlindum, er orkunotkunin mikil og kostnaðurinn mikill. Það er mælt með því að nota það sem tímabundna neyðarhitun í miklum kulda.

Aðgerðir í umhverfisstjórnun

Í framleiðslu- og notkunarferli gróðurhúsa geta heildarbúnaðurinn og eðlilegur rekstur ekki tryggt á áhrifaríkan hátt að hitauppstreymi þess uppfylli hönnunarkröfur. Reyndar gegnir notkun og stjórnun búnaðar oft lykilhlutverki í myndun og viðhaldi hitauppstreymis, en mikilvægast af því er dagleg stjórnun á einangrunarteppum og loftræstingu.

Meðhöndlun á einangrunarteppi

Einangrunarteppi er lykillinn að næturhitaeinangrun framþaksins, þannig að það er afar mikilvægt að betrumbæta daglega stjórnun og viðhald þess, sérstaklega eftirfarandi vandamálum sem þarf að huga að: ①Veldu viðeigandi opnunar- og lokunartíma einangrunarteppunnar. Opnunar- og lokunartími einangrunarteppunnar hefur ekki aðeins áhrif á lýsingartíma gróðurhússins, heldur einnig á upphitunarferlið í gróðurhúsinu. Að opna og loka einangrunarteppunni of snemma eða of seint er ekki til þess fallið að safna hita. Að morgni, ef teppið er tekið af of snemma, mun hitastigið innandyra lækka of mikið vegna lágs útihita og veikrar birtu. Þvert á móti, ef tíminn til að taka af teppunni er of seint, mun tíminn til að taka á móti ljósi í gróðurhúsinu styttast og tíminn til að hækka hitastigið innandyra mun seinka. Að síðdegis, ef einangrunarteppunni er slökkt of snemma, mun útsetningartíminn innandyra styttast og hitageymsla jarðvegs og veggja innandyra mun minnka. Þvert á móti, ef slökkt er á hitavarðveislunni of seint, mun varmadreifing gróðurhússins aukast vegna lágs útihita og veikrar birtu. Þess vegna er almennt séð ráðlegt að hitastigið hækki um 1~2°C þegar einangrunarteppið er kveikt á að morgni, en þegar einangrunarteppið er slökkt er ráðlegt að hitastigið hækki um 1~2°C. ② Þegar einangrunarteppið er lokað skal gæta þess að athuga hvort það hylji öll framhlið þétt og stilla það tímanlega ef bil er. ③ Eftir að einangrunarteppið hefur verið alveg lagt niður skal athuga hvort neðri hlutinn sé þjappaður saman til að koma í veg fyrir að vindurinn lyfti hitauppstreyminu á nóttunni. ④ Athugaðu og viðhaldaðu einangrunarteppinu tímanlega, sérstaklega ef það er skemmt, gerðu við það eða skiptu því út tímanlega. ⑤ Gættu að veðurskilyrðum tímanlega. Þegar rignir eða snjóar skal hylja það tímanlega og fjarlægja snjóinn tímanlega.

Stjórnun loftræstikerfis

Tilgangur loftræstingar á veturna er að stilla lofthita til að forðast óhóflegan hita um hádegi; í öðru lagi að útrýma raka innandyra, draga úr rakastigi í gróðurhúsinu og stjórna meindýrum og sjúkdómum; í þriðja lagi að auka CO2 styrk innandyra og stuðla að vexti uppskeru. Hins vegar eru loftræsting og hitavarðveisla mótsagnakennd. Ef loftræsting er ekki rétt stjórnað mun það líklega leiða til vandamála við lágan hita. Þess vegna þarf að aðlaga hvenær og hversu lengi loftræstingarnar eru opnar að þörfum umhverfisaðstæðna gróðurhússins á hverjum tíma. Á óræktuðum svæðum í norðvesturhlutanum er stjórnun loftræstinga í gróðurhúsum aðallega skipt í tvo vegu: handvirka notkun og einfalda vélræna loftræstingu. Hins vegar er opnunartími og loftræstitími loftræstinganna aðallega byggður á huglægu mati fólks, þannig að það getur gerst að loftræstingarnar séu opnaðar of snemma eða of seint. Til að leysa ofangreind vandamál hönnuðu Yin Yilei o.fl. snjall loftræstitæki fyrir þakið, sem getur ákvarðað opnunartíma og opnunar- og lokunarstærð loftræstihola í samræmi við breytingar á umhverfi innandyra. Með aukinni rannsóknum á lögmálum umhverfisbreytinga og eftirspurnar eftir uppskeru, sem og vinsældum og framförum í tækni og búnaði eins og umhverfisskynjun, upplýsingasöfnun, greiningu og stjórnun, ætti sjálfvirkni loftræstistjórnunar í sólargróðurhúsum að vera mikilvæg þróunarstefna í framtíðinni.

Aðrar stjórnunaraðgerðir

Við notkun ýmiss konar filmuhúðunar minnkar ljósleiðni þeirra smám saman og hraði minnkunarinnar er ekki aðeins tengdur eigin eðliseiginleikum þeirra heldur einnig umhverfismálum og notkun. Mikilvægasti þátturinn sem veldur minnkun á ljósleiðni í notkun er mengun á yfirborði filmunnar. Þess vegna er afar mikilvægt að þrífa og þrífa reglulega þegar aðstæður leyfa. Að auki ætti að athuga grindarbyggingu gróðurhússins reglulega. Ef leki kemur upp í vegg og þaki ætti að gera við hann tímanlega til að koma í veg fyrir að kalt loft komist inn í gróðurhúsið.

Núverandi vandamál og þróunarstefna

Rannsakendur hafa kannað og rannsakað tækni til varðveislu og geymslu hita, stjórnunartækni og upphitunaraðferðir í gróðurhúsum á óræktuðum svæðum í norðvesturhluta Kína í mörg ár, sem í grundvallaratriðum hefur gert kleift að framleiða grænmeti yfir veturinn, bætt verulega getu gróðurhúsa til að standast lághitastigskælingar og í grundvallaratriðum gert kleift að framleiða grænmeti yfir veturinn. Þetta hefur lagt sögulegt af mörkum til að draga úr mótsögninni milli matvæla og grænmetis sem keppa um land í Kína. Hins vegar eru enn eftirfarandi vandamál í hitaábyrgðartækni í norðvesturhluta Kína.

Tegundir gróðurhúsa sem á að uppfæra

Nú á dögum eru gerðir gróðurhúsa enn algengar, þær sem byggð voru seint á 20. öld og snemma á þessari öld. Þær eru einfaldar í uppbyggingu, með óeðlilegri hönnun, lélegri getu til að viðhalda hitauppstreymi gróðurhúsa og standast náttúruhamfarir og skortir staðla. Þess vegna ætti að staðla lögun og halla framþaks, horn gróðurhússins, hæð bakveggsins, sökkdýpt gróðurhússins o.s.frv. í framtíðarhönnun gróðurhúsa með því að sameina að fullu breiddargráðu og loftslagseinkenni á staðnum. Á sama tíma er aðeins hægt að planta einni ræktun í gróðurhúsi eins mikið og mögulegt er, þannig að hægt sé að framkvæma stöðlaða gróðurhúsasamræmingu í samræmi við ljós- og hitastigskröfur gróðursettra ræktunar.

Gróðurhúsalofttegundin er tiltölulega lítil.

Ef gróðurhúsastærðin er of lítil mun það hafa áhrif á stöðugleika hitauppstreymis gróðurhúsanna og þróun vélvæðingar. Með stigvaxandi aukningu launakostnaðar er þróun vélvæðingar mikilvæg stefna í framtíðinni. Þess vegna ættum við í framtíðinni að byggja á staðbundnu þróunarstigi, taka tillit til þarfa vélvæðingarþróunar, hanna skynsamlega innra rými og skipulag gróðurhúsa, flýta fyrir rannsóknum og þróun á landbúnaðarbúnaði sem hentar fyrir staðbundin svæði og bæta vélvæðingarhraða gróðurhúsaframleiðslu. Á sama tíma, í samræmi við þarfir ræktunar og ræktunarmynstra, ætti viðeigandi búnaður að vera í samræmi við staðla og stuðla að samþættri rannsókn og þróun, nýsköpun og vinsældum á loftræstingar-, rakalækkandi, hitavarna- og hitunarbúnaði.

Þykkt veggja eins og sands og holra kubba er enn þykk.

Ef veggurinn er of þykkur, þó að einangrunaráhrifin séu góð, mun það draga úr nýtingarhlutfalli jarðvegsins, auka kostnað og erfiðleika við byggingu. Þess vegna er hægt að hámarka þykkt veggsins vísindalega í framtíðarþróun í samræmi við staðbundnar loftslagsaðstæður; hins vegar ættum við að stuðla að léttari og einfaldari þróun bakveggsins, þannig að bakveggur gróðurhússins haldi aðeins hitavarnavirkni sinni, nota sólarsafnara og annan búnað til að koma í stað hitageymslu og losunar veggsins. Sólarsafnarar hafa eiginleika eins og mikla varmasöfnunarnýtni, sterka varmasöfnunargetu, orkusparnað, lága kolefnislosun og svo framvegis, og flestir þeirra geta framkvæmt virka stjórnun og stjórnun og geta framkvæmt markvissa hitaupphitun í samræmi við umhverfiskröfur gróðurhússins á nóttunni, með meiri skilvirkni í hitanýtingu.

Þróa þarf sérstaka einangrunarteppi.

Þakið að framan er aðalþáttur varmadreifingar í gróðurhúsum og einangrunargeta einangrunarteppisins hefur bein áhrif á hitauppstreymi innandyra. Eins og er er hitastigið í gróðurhúsum á sumum svæðum ekki gott, að hluta til vegna þess að einangrunarteppið er of þunnt og einangrunargeta efnanna er ófullnægjandi. Á sama tíma á einangrunarteppið enn við nokkur vandamál að stríða, svo sem lélega vatnsheldni og lélega skidþol, auðvelda öldrun yfirborðs og kjarnaefna o.s.frv. Þess vegna ætti í framtíðinni að velja viðeigandi einangrunarefni vísindalega í samræmi við staðbundnar loftslagseinkenni og kröfur og hanna og þróa sérstakar einangrunarteppi sem henta til staðbundinnar notkunar og vinsælda.

END

Vitnað í upplýsingar

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, o.fl. Rannsóknarstaða á tækni til að tryggja hitastig umhverfisins í sólargróðurhúsum á óræktuðu landi í norðvesturhluta [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(28):12-20.