Ли Цзяньмин, Сунь Готао и др.Технология тепличного садово-огородного машиностроения2022-11-21 17:42 Опубликовано в Пекине

В последние годы бурно развивается тепличное хозяйство.Развитие тепличного хозяйства не только улучшает коэффициент использования земли и объем производства сельскохозяйственной продукции, но и решает проблему снабжения фруктами и овощами в межсезонье.Однако теплица также столкнулась с беспрецедентными проблемами.Оригинальные средства, методы нагрева и конструктивные формы оказали сопротивление окружающей среде и развитию.Новые материалы и новые конструкции срочно необходимы для изменения конструкции теплиц, а также срочно необходимы новые источники энергии для достижения целей энергосбережения и защиты окружающей среды, а также увеличения производства и доходов.

В этой статье обсуждается тема «Новая энергия, новые материалы, новый дизайн, чтобы помочь новой революции в теплицах», включая исследования и инновации в области солнечной энергии, энергии биомассы, геотермальной энергии и других новых источников энергии в теплицах, исследования и применение. новых материалов для покрытия, теплоизоляции, стен и другого оборудования, а также перспективы на будущее и размышления о новой энергии, новых материалах и новом дизайне, чтобы помочь реформе теплиц, чтобы обеспечить ориентир для отрасли.

Развитие сельского хозяйства является политическим требованием и неизбежным выбором для реализации духа важных инструкций и принятия решений центральным правительством.В 2020 году общая площадь охраняемых сельскохозяйственных угодий в Китае составит 2,8 млн гектаров, а объем производства превысит 1 трлн юаней.Это важный способ повышения производственных мощностей теплиц для улучшения освещения и теплоизоляции теплиц за счет новой энергии, новых материалов и новой конструкции теплиц.Традиционное тепличное производство имеет много недостатков, таких как уголь, мазут и другие источники энергии, используемые для отопления и отопления в традиционных теплицах, в результате чего образуется большое количество двуокиси газа, который серьезно загрязняет окружающую среду, в то время как природный газ, электроэнергия и другие источники энергии увеличивают эксплуатационные расходы теплиц.Традиционными теплоаккумулирующими материалами для стен теплиц в основном являются глина и кирпич, которые потребляют много и наносят серьезный ущерб земельным ресурсам.Эффективность землепользования традиционной солнечной теплицы с земляной стеной составляет всего 40% ~ 50%, а обычная теплица имеет плохую теплоемкость, поэтому она не может пережить зиму для производства теплых овощей в северном Китае.Таким образом, ядро ​​​​продвижения изменений в теплицах или фундаментальных исследований заключается в проектировании теплиц, исследованиях и разработках новых материалов и новой энергии.В этой статье основное внимание будет уделено исследованиям и инновациям новых источников энергии в теплицах, обобщению статуса исследований новых источников энергии, таких как солнечная энергия, энергия биомассы, геотермальная энергия, энергия ветра и новые прозрачные материалы покрытия, теплоизоляционные материалы и стеновые материалы в теплица, анализировать применение новой энергии и новых материалов в строительстве новой теплицы и с нетерпением ждать их роли в будущем развитии и преобразовании теплицы.

Исследования и инновации в теплице новой энергии

Зеленая новая энергия с наибольшим потенциалом использования в сельском хозяйстве включает солнечную энергию, геотермальную энергию и энергию биомассы или комплексное использование различных новых источников энергии, чтобы добиться эффективного использования энергии, изучая сильные стороны друг друга.

солнечная энергия/мощность

Технология солнечной энергии представляет собой низкоуглеродный, эффективный и устойчивый способ энергоснабжения и является важным компонентом стратегических развивающихся отраслей Китая.Это станет неизбежным выбором для преобразования и модернизации энергетической структуры Китая в будущем.С точки зрения использования энергии теплица сама по себе является сооружением для использования солнечной энергии.Благодаря парниковому эффекту солнечная энергия собирается в помещении, температура в теплице повышается, и обеспечивается необходимое тепло для роста сельскохозяйственных культур.Основным источником энергии фотосинтеза тепличных растений являются прямые солнечные лучи, то есть прямое использование солнечной энергии.

01 Производство фотоэлектрической энергии для выработки тепла

Производство фотоэлектрической энергии — это технология прямого преобразования световой энергии в электрическую на основе фотогальванического эффекта.Ключевым элементом этой технологии является солнечная батарея.Когда солнечная энергия попадает на массив солнечных панелей последовательно или параллельно, полупроводниковые компоненты напрямую преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую энергию.Фотоэлектрическая технология может напрямую преобразовывать световую энергию в электрическую, накапливать электроэнергию с помощью аккумуляторов и обогревать теплицу ночью, но ее высокая стоимость сдерживает ее дальнейшее развитие.Исследовательская группа разработала фотоэлектрическое графеновое нагревательное устройство, состоящее из гибких фотоэлектрических панелей, универсальной машины обратного управления, аккумуляторной батареи и графенового нагревательного стержня.В соответствии с длиной линии посадки графеновый нагревательный стержень закапывается под мешок субстрата.В течение дня фотоэлектрические панели поглощают солнечное излучение для выработки электроэнергии и накапливают ее в аккумуляторной батарее, а ночью электричество высвобождается для графенового нагревательного стержня.В фактических измерениях используется режим контроля температуры, начиная с 17 ℃ и закрывая при 19 ℃.При работе в ночное время (20:00-08:00 второго дня) в течение 8 часов потребление энергии на обогрев одного ряда растений составляет 1,24 кВт·ч, а средняя температура мешка с субстратом ночью составляет 19,2 ℃, что на 3,5 ~ 5,3 ℃ выше, чем у контроля.Этот метод отопления в сочетании с фотогальванической выработкой электроэнергии решает проблемы высокого энергопотребления и высокого уровня загрязнения окружающей среды при отоплении теплиц в зимнее время.

02 фототермическое преобразование и использование

Солнечная фототермическая конверсия относится к использованию специальной поверхности для сбора солнечного света, изготовленной из материалов для фототермического преобразования, для сбора и поглощения как можно большего количества излучаемой на нее солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию.По сравнению с солнечными фотоэлектрическими приложениями, солнечные фототермические приложения увеличивают поглощение ближнего инфракрасного диапазона, поэтому они имеют более высокую эффективность использования энергии солнечного света, более низкую стоимость и зрелую технологию и являются наиболее широко используемым способом использования солнечной энергии.

Наиболее зрелой технологией фототермического преобразования и использования в Китае является солнечный коллектор, основным компонентом которого является сердцевина из теплопоглощающей пластины с селективным поглощающим покрытием, которая может преобразовывать энергию солнечного излучения, проходящую через покрывающую пластину, в тепловую энергию и передавать его к теплопоглощающей рабочей среде.Солнечные коллекторы можно разделить на две категории в зависимости от того, есть ли в коллекторе вакуумное пространство или нет: плоские солнечные коллекторы и солнечные коллекторы с вакуумными трубками;концентрирующие солнечные коллекторы и неконцентрирующие солнечные коллекторы в зависимости от того, меняет ли направление солнечное излучение в порту дневного освещения;и жидкостные солнечные коллекторы и воздушные солнечные коллекторы по типу рабочего тела теплоносителя.

Использование солнечной энергии в теплицах в основном осуществляется с помощью различных типов солнечных коллекторов.Университет Ибн Зора в Марокко разработал активную систему обогрева солнечной энергией (ASHS) для обогрева теплиц, которая может увеличить общее производство томатов зимой на 55%.Китайский сельскохозяйственный университет спроектировал и разработал систему сбора и отвода поверхностного охладителя-вентилятора с мощностью сбора тепла 390,6～693,0 МДж и выдвинул идею отделения процесса сбора тепла от процесса хранения тепла с помощью теплового насоса.Университет Бари в Италии разработал полигенерационную систему отопления для теплиц, которая состоит из системы солнечной энергии и теплового насоса воздух-вода и может повысить температуру воздуха на 3,6% и температуру почвы на 92%.Исследовательская группа разработала оборудование для активного сбора солнечного тепла с переменным углом наклона для солнечной теплицы и поддерживающее устройство для хранения тепла для водоема теплицы в любую погоду.Технология активного сбора солнечного тепла с переменным наклоном преодолевает ограничения традиционного оборудования для сбора тепла в теплицах, такие как ограниченная способность сбора тепла, затенение и использование возделываемых земель.Благодаря использованию специальной тепличной конструкции солнечной теплицы свободное пространство теплицы используется полностью, что значительно повышает эффективность использования тепличного пространства.В типичных солнечных условиях работы активная система сбора солнечного тепла с переменным наклоном достигает 1,9 МДж/(м2ч), эффективность использования энергии достигает 85,1%, а коэффициент энергосбережения составляет 77%.В технологии накопления тепла в теплице устанавливается структура накопления тепла с многофазным изменением, увеличивается теплоемкость устройства накопления тепла и реализуется медленное выделение тепла из устройства, чтобы реализовать эффективное использование тепло, собираемое тепличным оборудованием для сбора солнечного тепла.

энергия биомассы

Новая структура объекта построена путем объединения устройства для производства тепла из биомассы с теплицей, а сырье биомассы, такое как свиной навоз, остатки грибов и солома, компостируется для получения тепла, а вырабатываемая тепловая энергия напрямую подается в теплицу. 5].По сравнению с теплицей без нагревательного бака для ферментации биомассы, теплица с подогревом может эффективно повышать температуру почвы в теплице и поддерживать надлежащую температуру корней сельскохозяйственных культур, выращиваемых в почве, в нормальном климате зимой.На примере однослойной асимметричной теплоизоляционной теплицы с пролетом 17 м и длиной 30 м добавление 8 м сельскохозяйственных отходов (томатной соломы и смеси свиного навоза) в закрытый бродильный чан для естественного брожения без переворачивания штабеля зимой увеличить среднесуточную температуру в теплице на 4,2℃, а среднесуточная минимальная температура может достигать 4,6℃.

Использование энергии ферментации, контролируемой биомассой, представляет собой метод ферментации, в котором используются инструменты и оборудование для управления процессом ферментации с целью быстрого получения и эффективного использования тепловой энергии биомассы и газообразного удобрения CO2, среди которых вентиляция и влажность являются ключевыми факторами для регулирования тепла ферментации. и производство газа из биомассы.В проветриваемых условиях аэробные микроорганизмы в бродильной куче используют кислород для жизнедеятельности, а часть вырабатываемой энергии используется для собственной жизнедеятельности, а часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепловой энергии, что благотворно влияет на температуру подъем окружающей среды.Вода принимает участие во всем процессе ферментации, обеспечивая необходимые растворимые питательные вещества для деятельности микробов и в то же время выделяя тепло кучи в виде пара через воду, чтобы снизить температуру кучи, продлить срок службы микроорганизмы и повышают объемную температуру кучи.Установка устройства для выщелачивания соломы в ферментационном резервуаре может повысить температуру в помещении на 3 ~ 5 ℃ зимой, усилить фотосинтез растений и увеличить урожай томатов на 29,6%.

Геотермальная энергия

Китай богат геотермальными ресурсами.В настоящее время наиболее распространенным способом использования геотермальной энергии для сельскохозяйственных объектов является использование геотермального теплового насоса, который может переводить низкопотенциальную тепловую энергию в высокопотенциальную тепловую энергию путем ввода небольшого количества высокопотенциальной энергии (например, электрическая энергия).В отличие от традиционных мер по отоплению теплиц, отопление с помощью теплового насоса с использованием грунтовых источников может не только обеспечить значительный эффект нагрева, но также иметь возможность охлаждать теплицу и снижать влажность в теплице.Исследования применения геотермального теплового насоса в области жилищного строительства являются зрелыми.Основной частью, влияющей на тепло- и холодопроизводительность геотермального теплового насоса, является модуль подземного теплообмена, который в основном включает в себя подземные трубы, подземные колодцы и т. д. Как спроектировать подземную систему теплообмена со сбалансированной стоимостью и эффектом, всегда было было предметом исследования этой части.В то же время изменение температуры подземного слоя почвы при применении геотермального теплового насоса также влияет на эффект использования системы теплового насоса.Использование геотермального теплового насоса для охлаждения теплицы летом и сохранения тепловой энергии в глубоком слое почвы может уменьшить падение температуры подземного слоя почвы и повысить эффективность производства тепла грунтовым тепловым насосом зимой.

В настоящее время при исследовании производительности и эффективности геотермального теплового насоса на основе фактических экспериментальных данных создается численная модель с помощью программного обеспечения, такого как TOUGH2 и TRNSYS, и делается вывод, что теплопроизводительность и коэффициент производительности (COP ) геотермального теплового насоса может достигать 3,0 ~ 4,5, что обеспечивает хороший эффект охлаждения и обогрева.В исследовании стратегии работы системы теплового насоса Фу Юнчжун и другие обнаружили, что по сравнению с потоком со стороны нагрузки поток со стороны грунтового источника оказывает большее влияние на производительность агрегата и характеристики теплопередачи подземной трубы. .При условии настройки расхода максимальное значение COP агрегата может достигать 4,17 при использовании схемы работы в течение 2 часов и остановки на 2 часа;Ши Хуйсянь и др.принят повторно-кратковременный режим работы системы охлаждения аккумулирующих вод.Летом при высокой температуре КПД всей системы энергоснабжения может достигать 3,80.

Технология глубокого накопления тепла почвы в теплице

Глубокое накопление тепла почвы в теплице также называют «аккумулятором тепла» в теплице.Повреждение от холода зимой и высокая температура летом являются основными препятствиями для производства теплиц.Основываясь на сильной способности аккумулировать тепло глубокого грунта, исследовательская группа разработала подземный тепличный накопитель тепла.Устройство представляет собой двухслойный параллельный теплообменный трубопровод, заглубленный на глубину 1,5～2,5 м под землю в теплицу, с входом воздуха в верхней части теплицы и выходом воздуха на земле.Когда температура в теплице высокая, воздух в помещении принудительно нагнетается вентилятором в землю для накопления тепла и снижения температуры.Когда температура в теплице низкая, тепло извлекается из почвы для обогрева теплицы.Результаты производства и применения показывают, что устройство может повысить температуру в теплице на 2,3 ℃ в зимнюю ночь, снизить температуру в помещении на 2,6 ℃ в летний день и увеличить урожай томатов на 1500 кг на 667 м2.².Устройство в полной мере использует характеристики «тепло зимой и прохладно летом» и «постоянной температуры» глубокого подземного грунта, обеспечивает «банк доступа энергии» для теплицы и непрерывно выполняет вспомогательные функции охлаждения и обогрева теплицы. .

Многоэнергетическая координация

Использование двух или более типов энергии для обогрева теплицы может эффективно компенсировать недостатки одного типа энергии и реализовать эффект суперпозиции «один плюс один больше двух».Взаимодополняющее сотрудничество между геотермальной энергией и солнечной энергией является в последние годы центром исследований по использованию новой энергии в сельскохозяйственном производстве.Эмми и др.исследовали многоисточниковую энергетическую систему (рис. 1), которая оснащена фотоэлектрическим тепловым гибридным солнечным коллектором.По сравнению с обычной системой теплового насоса «воздух-вода», энергоэффективность системы с несколькими источниками энергии повышается на 16–25%.Чжэн и др.разработала новый тип комбинированной системы накопления тепла, состоящей из солнечной энергии и теплового насоса, использующего грунт.Система солнечных коллекторов может реализовать качественное сезонное накопление тепла, то есть качественное отопление зимой и качественное охлаждение летом.Заглубленный трубчатый теплообменник и накопительный бак периодического действия могут хорошо работать в системе, а значение COP системы может достигать 6,96.

В сочетании с солнечной энергией он направлен на снижение потребления коммерческой энергии и повышение стабильности подачи солнечной энергии в теплицах.Ван Я и др.предложил новую схему технологии интеллектуального управления, сочетающую выработку солнечной энергии с коммерческой энергией для обогрева теплиц, которая может использовать фотоэлектрическую энергию при наличии света и превращать ее в коммерческую энергию при отсутствии света, что значительно снижает нехватку мощности нагрузки. Скорость и снижение экономических затрат без использования батарей.

Солнечная энергия, энергия биомассы и электрическая энергия могут совместно обогревать теплицы, что также может обеспечить высокую эффективность нагрева.Чжан Лиангруй и другие объединили сбор тепла с помощью солнечных вакуумных трубок с резервуаром для воды, аккумулирующим теплоту электричества долины.Система отопления теплицы имеет хороший тепловой комфорт, а средний КПД системы составляет 68,70%.Резервуар для хранения воды с электронагревом представляет собой устройство для хранения воды на биомассе с электрическим нагревом.Устанавливается самая низкая температура воды на входе на стороне нагрева, а стратегия работы системы определяется в соответствии с температурой хранения воды в части сбора солнечного тепла и части хранения тепла биомассы, чтобы достичь стабильной температуры нагрева на выходе. нагревательный конец и максимально экономить электроэнергию и энергетические материалы биомассы.

Инновационные исследования и применение новых тепличных материалов

С расширением площади теплиц все чаще выявляются недостатки применения традиционных тепличных материалов, таких как кирпичи и грунт.Поэтому для дальнейшего улучшения тепловых характеристик теплиц и удовлетворения потребностей в разработке современных теплиц проводится множество исследований и применений новых прозрачных покрывающих материалов, теплоизоляционных материалов и стеновых материалов.

Исследование и применение новых прозрачных укрывных материалов

Типы прозрачных материалов для покрытия теплиц в основном включают пластиковую пленку, стекло, солнечные панели и фотогальванические панели, среди которых пластиковая пленка имеет наибольшую область применения.Традиционная полиэтиленовая пленка для теплиц имеет недостатки, заключающиеся в коротком сроке службы, отсутствии деградации и единственной функции.В настоящее время разработано множество новых функциональных пленок путем добавления функциональных реагентов или покрытий.

Пленка для преобразования света:Пленка для преобразования света изменяет оптические свойства пленки за счет использования агентов преобразования света, таких как редкоземельные и наноматериалы, и может преобразовывать область ультрафиолетового света в красно-оранжевый свет и сине-фиолетовый свет, необходимые для фотосинтеза растений, тем самым повышая урожайность и снижая повреждение ультрафиолетом посевов и тепличных пленок в пластиковых теплицах.Например, широкополосная тепличная пленка пурпурно-красного цвета со светопреобразователем VTR-660 может значительно улучшить коэффициент пропускания инфракрасного излучения при применении в теплице, а также по сравнению с контрольной теплицей урожайность томатов на гектар, содержание витамина С и ликопина. значительно увеличились на 25,71%, 11,11% и 33,04% соответственно.Однако в настоящее время еще предстоит изучить срок службы, способность к разложению и стоимость новой светопреобразующей пленки.

Рассеянное стекло: Рассеянное стекло в теплице — это особый рисунок и антибликовая технология на поверхности стекла, которые могут максимизировать солнечный свет, преобразовывая его в рассеянный свет и проникая в теплицу, повышая эффективность фотосинтеза сельскохозяйственных культур и повышая урожайность.Рассеивающее стекло превращает свет, попадающий в теплицу, в рассеянный через специальные узоры, и рассеянный свет может более равномерно излучаться в теплицу, исключая теневое влияние каркаса на теплицу.По сравнению с обычным флоат-стеклом и ультра-белым флоат-стеклом стандарт светопропускания рассеивающего стекла составляет 91,5%, а обычного флоат-стекла — 88%.На каждый 1% увеличения светопропускания внутри теплицы можно увеличить урожай примерно на 3%, а содержание растворимого сахара и витамина С во фруктах и ​​овощах увеличилось.Рассеивающее стекло в теплице сначала покрывают, а затем закаливают, а скорость самовзрыва выше, чем национальный стандарт, достигая 2‰.

Исследование и применение новых теплоизоляционных материалов

Традиционные теплоизоляционные материалы в теплицах в основном включают соломенный мат, бумажное одеяло, теплоизоляционное одеяло из иглопробивного войлока и т. д., которые в основном используются для внутренней и внешней теплоизоляции крыш, изоляции стен и теплоизоляции некоторых устройств для хранения и сбора тепла. .Большинство из них имеют дефект потери теплоизоляционных свойств из-за внутренней влаги после длительного использования.Таким образом, существует множество применений новых материалов с высокой теплоизоляцией, среди которых новое теплоизоляционное одеяло, устройства для хранения и сбора тепла находятся в центре внимания исследований.

Новые теплоизоляционные материалы обычно изготавливаются путем обработки и смешивания поверхностных водонепроницаемых и устойчивых к старению материалов, таких как тканая пленка и войлок с покрытием, с пушистыми теплоизоляционными материалами, такими как хлопок с напылением, различные виды кашемира и жемчужного хлопка.Хлопковое теплоизоляционное одеяло из тканой пленки с напылением было испытано в Северо-Восточном Китае.Было обнаружено, что добавление 500 г хлопка с напылением эквивалентно теплоизоляционным характеристикам 4500 г черного фетрового теплоизоляционного одеяла на рынке.В тех же условиях теплоизоляционные характеристики 700-граммового хлопка с напылением были улучшены на 1~2℃ по сравнению с 500-граммовым хлопковым теплоизоляционным стеганым одеялом.В то же время другие исследования также показали, что по сравнению с широко используемыми теплоизоляционными стегаными одеялами на рынке, теплоизоляционный эффект одеял из хлопка с напылением и различных кашемировых теплоизоляционных стеганых одеял лучше, с коэффициентами теплоизоляции 84,0% и 83,3. %соответственно.Когда самая низкая температура наружного воздуха составляет -24,4 ℃, температура в помещении может достигать 5,4 и 4,2 ℃ соответственно.По сравнению с изоляционным одеялом из одинарного соломенного одеяла новое композитное изоляционное одеяло обладает такими преимуществами, как легкий вес, высокая степень изоляции, высокая водонепроницаемость и устойчивость к старению, и может использоваться в качестве нового типа высокоэффективного изоляционного материала для солнечных теплиц.

В то же время, по данным исследований теплоизоляционных материалов для устройств сбора и хранения тепла теплиц также установлено, что при одинаковой толщине многослойные композиционные теплоизоляционные материалы обладают лучшими теплоизоляционными характеристиками, чем одиночные материалы.Группа профессора Ли Цзяньмина из Северо-Западного университета A&F разработала и проверила 22 вида теплоизоляционных материалов для устройств хранения воды в теплицах, таких как вакуумная плита, аэрогель и резиновая вата, и измерила их тепловые свойства.Результаты показали, что 80-мм теплоизоляционное покрытие + аэрогель + резино-пластиковая теплоизоляция из хлопкового композитного изоляционного материала могут снизить тепловыделение на 0,367 МДж в единицу времени по сравнению с 80-мм резино-пластиковой ватой, а его коэффициент теплопередачи составил 0,283 Вт / (м2). ·k) при толщине комбинации изоляции 100 мм.

Материал с фазовым переходом является одной из горячих точек в исследованиях материалов для теплиц.Северо-западный университет A&F разработал два типа устройств для хранения материалов с фазовым переходом: один представляет собой ящик для хранения из черного полиэтилена, который имеет размер 50 см × 30 см × 14 см (длина × высота × толщина) и заполнен материалами с фазовым переходом, поэтому что он может накапливать тепло и отдавать тепло;Во-вторых, разработан новый тип стеновой панели с фазовым переходом.Стеновая панель с фазовым переходом состоит из материала с фазовым переходом, алюминиевой пластины, алюминиево-пластиковой пластины и алюминиевого сплава.Материал с фазовым переходом расположен в самом центре стеновой панели, и его технические характеристики составляют 200 мм × 200 мм × 50 мм.Это порошкообразное твердое вещество до и после фазового перехода, в нем нет явлений плавления или текучести.Четыре стенки материала с фазовым переходом представляют собой алюминиевую пластину и алюминиево-пластиковую пластину соответственно.Это устройство может реализовывать функции преимущественно аккумулирования тепла днем ​​и преимущественно отдачи тепла ночью.

Поэтому при применении одного теплоизоляционного материала возникают некоторые проблемы, такие как низкая эффективность теплоизоляции, большие потери тепла, короткое время накопления тепла и т. д. Поэтому использование композитного теплоизоляционного материала в качестве теплоизоляционного слоя, а также внутренней и наружной теплоизоляции Покрывающий слой устройства накопления тепла может эффективно улучшить теплоизоляционные характеристики теплицы, уменьшить потери тепла в теплице и, таким образом, добиться эффекта энергосбережения.

Исследование и применение новой стены

Как своего рода ограждающая конструкция, стена является важным барьером для защиты теплицы от холода и сохранения тепла.По материалам и конструкциям стен северную стену теплицы можно разделить на три типа: однослойная стена из грунта, кирпича и т. д. и многослойная северная стена из глиняного кирпича, блочного кирпича, пенополистирольные плиты и т.п., с внутренним теплоаккумулированием и наружной теплоизоляцией, причем большинство таких стенок трудоемки и трудозатратны;Поэтому в последние годы появилось много новых типов стен, которые легко возводятся и подходят для быстрой сборки.

Появление сборных стен нового типа способствует быстрому развитию сборных теплиц, в том числе композитных стен нового типа с внешними водонепроницаемыми и антивозрастными поверхностными материалами и такими материалами, как войлок, жемчужный хлопок, космический хлопок, стекловата или переработанный хлопок в качестве тепла. изоляционные слои, такие как гибкие сборные стены из скрепленного распылением хлопка в Синьцзяне.Кроме того, в других исследованиях также сообщалось о северной стене собранной теплицы с теплоаккумулирующим слоем, например, заполненным кирпичом блоком из скорлупы пшеницы в Синьцзяне.При той же внешней среде, когда самая низкая температура наружного воздуха составляет -20,8 ℃, температура в солнечной теплице с композитной стеной из блоков из пшеничной скорлупы составляет 7,5 ℃, а температура в солнечной теплице с кирпично-бетонной стеной составляет 3,2 ℃.Время сбора урожая помидоров в кирпичной теплице может быть увеличено на 16 дней, а урожайность одиночной теплицы может быть увеличена на 18,4%.

Производственная группа Северо-Западного университета A&F выдвинула проектную идею превращения соломы, почвы, воды, камня и материалов с фазовым переходом в теплоизоляционные и теплоаккумулирующие модули с точки зрения освещения и упрощенной конструкции стен, что способствовало исследованию применения модульной сборки. стена.Например, по сравнению с обычной теплицей с кирпичной стеной средняя температура в теплице на 4,0℃ выше в обычный солнечный день.Три вида неорганических цементных модулей с фазовым переходом, изготовленных из материала с фазовым переходом (PCM) и цемента, накопили тепло 74,5, 88,0 и 95,1 МДж/м3.³, а выделенное тепло 59,8, 67,8 и 84,2 МДж/м³, соответственно.Имеют функции «срезки вершины» днем, «засыпки долины» ночью, поглощения тепла летом и отдачи тепла зимой.

Эти новые стены собираются на месте, с коротким периодом строительства и длительным сроком службы, что создает условия для строительства легких, упрощенных и быстро собираемых сборных теплиц и может значительно способствовать структурной реформе теплиц.Тем не менее, в этом типе стен есть некоторые дефекты, такие как хлопчатобумажная теплоизоляционная стеганая стена с напылением, имеет отличные теплоизоляционные характеристики, но не обладает способностью аккумулировать тепло, а строительный материал с фазовым переходом имеет проблему высокой стоимости использования.В будущем исследования по применению сборной стены должны быть усилены.

Новая энергия, новые материалы и новые конструкции помогают изменить структуру теплицы.

Исследования и инновации в области новой энергии и новых материалов обеспечивают основу для инноваций в дизайне теплиц.Энергосберегающие солнечные теплицы и арочные навесы являются крупнейшими навесами в сельскохозяйственном производстве Китая и играют важную роль в сельскохозяйственном производстве.Однако с развитием социальной экономики Китая все чаще проявляются недостатки двух типов структур объектов.Во-первых, площадь конструкций объекта мала, а степень механизации невысока;Во-вторых, энергосберегающая солнечная теплица имеет хорошую теплоизоляцию, но использование земли низкое, что эквивалентно замене энергии теплицы землей.Обыкновенный арочный сарай не только имеет небольшую площадь, но и имеет плохую теплоизоляцию.Хотя многопролетная теплица имеет большую площадь, она имеет плохую теплоизоляцию и большое энергопотребление.Поэтому крайне важно исследовать и разрабатывать конструкцию теплицы, подходящую для текущего социального и экономического уровня Китая, а исследования и разработки новой энергии и новых материалов помогут изменить структуру теплицы и создать множество инновационных моделей или конструкций теплиц.

Инновационные исследования асимметричной пивоваренной теплицы с регулируемой подачей воды с большим пролетом

Асимметричная теплица с регулируемой водой с большим пролетом (номер патента: ZL 201220391214.2) основана на принципе солнечной теплицы, изменяя симметричную структуру обычной пластиковой теплицы, увеличивая южный пролет, увеличивая площадь освещения южной крыши, уменьшая северный пролет и уменьшение площади рассеивания тепла, с пролетом 18~24м и высотой конька 6~7м.Благодаря инновациям в дизайне пространственная структура была значительно увеличена.В то же время проблемы недостаточного тепла в теплицах зимой и плохой теплоизоляции обычных теплоизоляционных материалов решаются за счет использования новой технологии производства теплоизоляционных материалов из биомассы.Результаты производства и исследований показывают, что асимметричная пивоваренная теплица с большим пролетом и регулируемой водой со средней температурой 11,7 ℃ в солнечные дни и 10,8 ℃ в пасмурные дни может удовлетворить потребность в выращивании сельскохозяйственных культур зимой и стоимость строительства теплица уменьшена на 39,6%, а коэффициент использования земли увеличен более чем на 30% по сравнению с теплицей из пенополистирольного кирпича, которая подходит для дальнейшей популяризации и применения в бассейне реки Хуанхэ Хуайхэ в Китае.

Собранная солнечная теплица

Собранная солнечная теплица использует колонны и каркас крыши в качестве несущей конструкции, а материал ее стен в основном представляет собой теплоизоляционный корпус, а не несущий и пассивный аккумулирующий и выделяющий тепло.В основном: (1) новый тип сборной стены формируется путем комбинирования различных материалов, таких как пленка с покрытием или цветная стальная пластина, соломенный блок, гибкое теплоизоляционное одеяло, растворный блок и т. д. (2) композитная стеновая плита из сборных цементных плит -пенополистирольная плита-цементная плита;(3) Легкий и простой тип сборки теплоизоляционных материалов с активной системой аккумулирования и выпуска тепла и системой осушения, такой как аккумулирование тепла с пластиковым квадратным ведром и аккумулирование тепла трубопровода.Использование различных новых теплоизоляционных материалов и материалов для хранения тепла вместо традиционной земляной стены для строительства солнечной теплицы имеет большое пространство и небольшое гражданское строительство.Результаты экспериментов показывают, что температура в теплице ночью на 4,5 ℃ выше, чем в традиционной теплице с кирпичной стеной, а толщина задней стенки составляет 166 мм.По сравнению с теплицей с кирпичной стеной толщиной 600 мм занимаемая площадь стены уменьшена на 72%, а стоимость квадратного метра составляет 334,5 юаня, что на 157,2 юаня ниже, чем у теплицы с кирпичной стеной, а стоимость строительства значительно снизился.Таким образом, собранная теплица имеет преимущества меньшего разрушения обрабатываемой земли, экономии земли, быстрой скорости строительства и длительного срока службы, и это ключевое направление для инноваций и развития солнечных теплиц в настоящее время и в будущем.

Раздвижная солнечная теплица

Энергосберегающая солнечная теплица, собранная на скейтборде, разработанная Шэньянским сельскохозяйственным университетом, использует заднюю стенку солнечной теплицы для формирования системы накопления тепла с циркуляцией воды для хранения тепла и повышения температуры, которая в основном состоит из бассейна (32 м).³), светосборная плита (360м²), водяной насос, водопровод и контроллер.Гибкое теплоизоляционное одеяло заменено новым легким стальным листом цвета минеральной ваты в верхней части.Исследования показывают, что эта конструкция эффективно решает проблему фронтонов, блокирующих свет, и увеличивает площадь проникновения света в теплицу.Угол освещения теплицы составляет 41,5°, что почти на 16° выше, чем у контрольной теплицы, что улучшает интенсивность освещения.Распределение температуры в помещении равномерное, и растения растут аккуратно.Преимущества теплицы заключаются в повышении эффективности землепользования, гибком проектировании размера теплицы и сокращении периода строительства, что имеет большое значение для защиты обрабатываемых земельных ресурсов и окружающей среды.

Фотоэлектрическая теплица

Сельскохозяйственная теплица — это теплица, которая сочетает в себе солнечную фотоэлектрическую энергию, интеллектуальный контроль температуры и современные высокотехнологичные посадки.Он имеет каркас из стальной кости и покрыт солнечными фотоэлектрическими модулями, чтобы обеспечить требования к освещению фотоэлектрических модулей выработки электроэнергии и требования к освещению всей теплицы.Постоянный ток, вырабатываемый солнечной энергией, напрямую дополняет свет сельскохозяйственных теплиц, напрямую поддерживает нормальную работу тепличного оборудования, управляет орошением водных ресурсов, повышает температуру в теплицах и способствует быстрому росту сельскохозяйственных культур.Таким образом, фотоэлектрические модули повлияют на эффективность освещения крыши теплицы, а затем повлияют на нормальный рост тепличных овощей.Поэтому рациональное размещение фотоэлектрических панелей на крыше теплицы становится ключевым моментом применения.Сельскохозяйственная теплица является продуктом органического сочетания экскурсионного сельского хозяйства и садоводства, а также инновационной сельскохозяйственной отрасли, объединяющей фотоэлектрическую энергетику, сельскохозяйственные достопримечательности, сельскохозяйственные культуры, сельскохозяйственные технологии, ландшафтное и культурное развитие.

Инновационный дизайн тепличной группы с энергетическим взаимодействием между различными типами теплиц

Го Вэньчжун, научный сотрудник Пекинской академии сельскохозяйственных и лесных наук, использует метод передачи энергии между теплицами для сбора оставшейся тепловой энергии в одной или нескольких теплицах для обогрева другой или нескольких теплиц.Этот метод нагрева реализует перенос энергии теплицы во времени и пространстве, повышает эффективность использования оставшейся тепловой энергии теплицы и снижает общее потребление тепловой энергии.Два типа теплиц могут быть разными типами теплиц или одним и тем же типом теплиц для выращивания различных культур, таких как теплицы для салата и помидоров.Методы сбора тепла в основном включают извлечение тепла из воздуха в помещении и непосредственное улавливание падающего излучения.Благодаря сбору солнечной энергии, принудительной конвекции теплообменником и принудительному отбору тепловым насосом избыточное тепло в высокоэнергетической теплице извлекалось для обогрева теплицы.

подведем итог

Эти новые солнечные теплицы имеют преимущества быстрой сборки, сокращенного периода строительства и более эффективного использования земли.Поэтому необходимо дополнительно изучить эффективность этих новых теплиц в различных областях и обеспечить возможность широкомасштабной популяризации и применения новых теплиц.В то же время необходимо постоянно усиливать применение новой энергии и новых материалов в теплицах, чтобы обеспечить мощность для структурной реформы теплиц.

Будущие перспективы и мышление

Традиционные теплицы часто имеют некоторые недостатки, такие как высокое энергопотребление, низкий коэффициент использования земли, трудоемкость и трудоемкость, низкая производительность и т. д., которые уже не могут удовлетворить производственные потребности современного сельского хозяйства и должны постепенно исчезать. устранено.Таким образом, тенденция развития заключается в использовании новых источников энергии, таких как солнечная энергия, энергия биомассы, геотермальная энергия и энергия ветра, новые материалы для применения в теплицах и новые конструкции, способствующие структурным изменениям теплиц.Прежде всего, новая теплица, работающая на новой энергии и новых материалах, должна не только удовлетворять потребности механизированного производства, но и экономить энергию, землю и затраты.Во-вторых, необходимо постоянно изучать возможности новых теплиц в разных районах, чтобы обеспечить условия для широкой популяризации теплиц.В будущем мы должны продолжить поиск новой энергии и новых материалов, подходящих для применения в теплицах, и найти наилучшее сочетание новой энергии, новых материалов и теплиц, чтобы сделать возможным строительство новой теплицы с низкой стоимостью и коротким сроком строительства. период, низкое энергопотребление и отличная производительность помогают изменить структуру теплицы и способствовать модернизации теплиц в Китае.

Хотя применение новой энергии, новых материалов и новых конструкций в тепличном строительстве является неизбежной тенденцией, остается еще много проблем, которые необходимо изучить и решить: (1) Стоимость строительства увеличивается.По сравнению с традиционным отоплением углем, природным газом или нефтью применение новой энергии и новых материалов является экологически безопасным и не загрязняющим окружающую среду, но стоимость строительства значительно увеличивается, что оказывает определенное влияние на окупаемость инвестиций в производство и эксплуатацию. .По сравнению с использованием энергии стоимость новых материалов будет значительно увеличена.(2) Нестабильное использование тепловой энергии.Самым большим преимуществом нового использования энергии являются низкие эксплуатационные расходы и низкий уровень выбросов углекислого газа, но подача энергии и тепла нестабильна, а пасмурные дни становятся самым большим ограничивающим фактором в использовании солнечной энергии.В процессе производства тепла из биомассы путем ферментации эффективное использование этой энергии ограничено проблемами низкой тепловой энергии ферментации, сложным управлением и контролем, а также большими складскими площадями для транспортировки сырья.(3) Технологическая зрелость.Эти технологии, используемые новой энергией и новыми материалами, являются передовыми исследованиями и технологическими достижениями, а область и область их применения все еще весьма ограничены.Они не прошли много раз, многие сайты и масштабную проверку практики, и неизбежно есть некоторые недостатки и техническое содержание, которые необходимо улучшить в приложении.Пользователи часто отрицают продвижение технологии из-за незначительных недостатков.(4) Низкий уровень проникновения технологий.Широкое применение научно-технического достижения требует определенной популярности.В настоящее время новая энергия, новые технологии и новые технологии проектирования теплиц находятся в команде научно-исследовательских центров в университетах с определенными инновационными способностями, и большинство технических требований или дизайнеров до сих пор не знают;В то же время популяризация и применение новых технологий все еще весьма ограничены, поскольку основное оборудование новых технологий запатентовано.(5) Интеграция новой энергии, новых материалов и конструкции теплиц нуждается в дальнейшем укреплении.Поскольку проектирование теплиц, энергии и материалов относится к трем разным дисциплинам, специалистам с опытом проектирования теплиц часто не хватает исследований в области энергетики и материалов, связанных с теплицами, и наоборот;Таким образом, исследователи, связанные с исследованиями энергии и материалов, должны усилить исследование и понимание реальных потребностей развития тепличной промышленности, а проектировщики конструкций должны также изучить новые материалы и новую энергию, чтобы способствовать глубокой интеграции трех взаимосвязей, чтобы достичь цель практической технологии исследования теплиц, низкая стоимость строительства и хороший эффект использования.Исходя из вышеизложенных проблем, предлагается, чтобы государство, органы местного самоуправления и научно-исследовательские центры активизировали технические исследования, проводили совместные углубленные исследования, усиливали гласность научно-технических достижений, улучшали популяризацию достижений и быстро реализовывали цель новой энергии и новых материалов, чтобы помочь новому развитию тепличной промышленности.

Приведенная информация

Ли Цзяньмин, Сунь Готао, Ли Хаоцзе, Ли Жуй, Ху Исинь.Новая энергия, новые материалы и новый дизайн помогают совершить новую революцию в теплицах [J].Овощи, 2022,(10):1-8.