Li Jianming, Sun Guotao jne.Kasvuhoone aianduse põllumajandustehnika tehnoloogia2022-11-21 17:42 Avaldatud Pekingis

Viimastel aastatel on kasvuhoonetööstus jõuliselt arenenud. Kasvuhoonete arendamine mitte ainult ei paranda maakasutust ja põllumajandustoodete tootmist, vaid lahendab ka puu- ja köögiviljade tarnimisprobleemi hooajavälisel ajal. Samas on kasvuhooned silmitsi seisnud ka enneolematute väljakutsetega. Algsed seadmed, küttemeetodid ja konstruktsioonivormid on tekitanud vastupanu keskkonnale ja arengule. Kasvuhoonete struktuuri muutmiseks on hädasti vaja uusi materjale ja uusi konstruktsioone ning energia säästmise ja keskkonnakaitse eesmärkide saavutamiseks ning tootmise ja sissetulekute suurendamiseks on hädasti vaja uusi energiaallikaid.

See artikkel käsitleb teemat „uus energia, uued materjalid, uus disain kasvuhoonete uue revolutsiooni toetamiseks“, sealhulgas päikeseenergia, biomassienergia, geotermilise energia ja muude uute energiaallikate uurimist ja innovatsiooni kasvuhoonetes, uute materjalide uurimist ja rakendamist katete, soojusisolatsiooni, seinte ja muude seadmete jaoks ning uue energia, uute materjalide ja uue disaini tulevikuväljavaateid ja mõtteid kasvuhoonete reformi toetamiseks, et pakkuda tööstusele viiteid.

Põllumajanduse arendamine on poliitiline nõue ja vältimatu valik, et rakendada olulisi juhiseid ja keskvalitsuse otsustusprotsessi. 2020. aastal on Hiinas kaitstud põllumajanduse kogupindala 2,8 miljonit hektarit ja toodangu väärtus ületab 1 triljonit jüaani. See on oluline viis kasvuhoonete tootmisvõimsuse parandamiseks, parandades kasvuhoonete valgustust ja soojusisolatsiooni, kasutades uusi energiaallikaid, uusi materjale ja uut kasvuhoonete disaini. Traditsioonilisel kasvuhoonete tootmisel on palju puudusi, näiteks kivisüsi, kütteõli ja muud energiaallikad, mida kasutatakse traditsiooniliste kasvuhoonete kütmiseks ja kütmiseks, mille tulemuseks on suur dioksiidgaasi kogus, mis saastab tõsiselt keskkonda, samas kui maagaas, elektrienergia ja muud energiaallikad suurendavad kasvuhoonete tegevuskulusid. Traditsioonilised kasvuhoonete seinte soojust salvestusmaterjalid on enamasti savi ja tellised, mis tarbivad palju ja põhjustavad tõsist kahju maavaradele. Traditsioonilise päikeseenergial töötava kasvuhoone maakasutuse efektiivsus muldseinaga on vaid 40% ~ 50% ja tavalisel kasvuhoonel on halb soojuse salvestusvõime, mistõttu see ei suuda Põhja-Hiinas talve üle elada, et toota sooje köögivilju. Seega peitub kasvuhoonete muutuste edendamise ehk baasuuringute tuum kasvuhoonete projekteerimises, uute materjalide ja energiaallikate uurimises ja arendamises. See artikkel keskendub uute energiaallikate uurimisele ja innovatsioonile kasvuhoonetes, võtab kokku uute energiaallikate, näiteks päikeseenergia, biomassienergia, geotermilise energia, tuuleenergia ning uute läbipaistvate kattematerjalide, soojusisolatsioonimaterjalide ja seinamaterjalide uurimisstaatuse, analüüsib uue energia ja materjalide rakendamist uute kasvuhoonete ehitamisel ning vaatleb nende rolli kasvuhoonete edasises arendamises ja ümberkujundamises.

Uue energiaga kasvuhoonegaaside uurimine ja innovatsioon

Suurima põllumajandusliku kasutuspotentsiaaliga roheline uus energia hõlmab päikeseenergiat, geotermilist energiat ja biomassienergiat või mitmesuguste uute energiaallikate terviklikku kasutamist, et saavutada energia tõhus kasutamine, õppides üksteise tugevatest külgedest.

päikeseenergia/võimsus

Päikeseenergia tehnoloogia on vähese süsinikuheitega, tõhus ja jätkusuutlik energiavarustusviis ning Hiina strateegiliste arenevate tööstusharude oluline komponent. Sellest saab tulevikus Hiina energiastruktuuri ümberkujundamise ja ajakohastamise vältimatu valik. Energia kasutamise seisukohast on kasvuhoone ise päikeseenergia kasutamise rajatis. Kasvuhooneefekti abil kogutakse päikeseenergia siseruumidesse, kasvuhoone temperatuur tõuseb ja tagatakse põllukultuuride kasvuks vajalik soojus. Kasvuhoonetaimede fotosünteesi peamine energiaallikas on otsene päikesevalgus, mis on päikeseenergia otsene kasutamine.

01 Fotogalvaaniline energia tootmine soojuse tootmiseks

Fotogalvaaniline energia tootmine on tehnoloogia, mis muundab valgusenergia otse elektrienergiaks fotogalvaanilise efekti abil. Selle tehnoloogia põhielement on päikesepatarei. Kui päikeseenergia langeb järjestikku või paralleelselt ühendatud päikesepaneelide massiivile, muundavad pooljuhtkomponendid päikesekiirguse energia otse elektrienergiaks. Fotogalvaaniline tehnoloogia suudab valgusenergia otse elektrienergiaks muuta, elektrit akude kaudu salvestada ja kasvuhoonet öösel kütta, kuid selle kõrge hind piirab selle edasist arengut. Uurimisrühm töötas välja fotogalvaanilise grafeenikütteseadme, mis koosneb painduvatest fotogalvaanilistest paneelidest, universaalsest pöördjuhtimisseadmest, akumulaatorist ja grafeeniküttevardast. Grafeeniküttevarras maetakse istutusrea pikkuse järgi substraadikoti alla. Päeval neelavad fotogalvaanilised paneelid päikesekiirgust, et toota elektrit ja salvestada see akumulaatorisse, ning seejärel vabastatakse elekter öösel grafeeniküttevardasse. Tegeliku mõõtmise ajal kasutatakse temperatuuri reguleerimise režiimi, mis algab temperatuuril 17 ℃ ja lõpeb temperatuuril 19 ℃. Öösel (teisel päeval kell 20.00–8.00) 8 tunni jooksul töötades on ühe taimerea kütmise energiatarve 1,24 kW·h ja substraadikoti keskmine temperatuur öösel on 19,2 ℃, mis on 3,5–5,3 ℃ kõrgem kui kontrollrühmal. See küttemeetod koos fotogalvaanilise energia tootmisega lahendab talvisel ajal kasvuhoonete kütmisel tekkiva suure energiatarbimise ja suure saasteprobleemi.

02 fototermiline muundamine ja kasutamine

Päikeseenergia fototermiline muundamine viitab spetsiaalse päikesevalguse kogumispinna kasutamisele, mis on valmistatud fototermilistest muundusmaterjalidest, et koguda ja neelata võimalikult palju päikesekiirgust ning muuta see soojusenergiaks. Võrreldes päikesepaneelide rakendustega suurendavad päikeseenergia fototermilised rakendused lähiinfrapunakiirguse neeldumist, seega on neil päikesevalguse energia kasutamise efektiivsus suurem, madalamad kulud ja väljaarenenud tehnoloogia ning see on päikeseenergia kasutamise kõige laialdasemalt kasutatav viis.

Hiinas on kõige küpsem fototermilise muundamise ja kasutamise tehnoloogia päikesekollektor, mille põhikomponendiks on soojust neelav plaadisüdamik selektiivse neeldumiskattega, mis suudab katteplaadist läbiva päikesekiirguse energia soojusenergiaks muuta ja selle soojust neelavale töökeskkonnale edastada. Päikesekollektorid saab jagada kahte kategooriasse vastavalt sellele, kas kollektoris on vaakumruum või mitte: lamedatesse päikesekollektorisse ja vaakumtoruga päikesekollektorisse; kontsentreerivatesse päikesekollektorisse ja mittekontsentreerivatesse päikesekollektorisse vastavalt sellele, kas päikesekiirgus päevavalgusava juures muudab suunda; ning vedel- ja õhk-päikesekollektorisse vastavalt soojusülekande töökeskkonna tüübile.

Päikeseenergia kasutamine kasvuhoonetes toimub peamiselt erinevat tüüpi päikesekollektorite abil. Maroko Ibn Zori Ülikool on välja töötanud aktiivse päikeseenergia küttesüsteemi (ASHS) kasvuhoonete kütmiseks, mis võib talvel suurendada tomatite kogutoodangut 55%. Hiina Põllumajandusülikool on projekteerinud ja arendanud pinnajahutist-ventilaatorist koosneva kogumis- ja väljalaskesüsteemi, mille soojuskogumisvõimsus on 390,6–693,0 MJ, ning esitanud idee eraldada soojuskogumisprotsess soojuse salvestamise protsessist soojuspumba abil. Itaalia Bari Ülikool on välja töötanud kasvuhoone polügeneratsiooni küttesüsteemi, mis koosneb päikeseenergiasüsteemist ja õhk-vesi soojuspumbast ning mis suudab õhutemperatuuri tõsta 3,6% ja mullatemperatuuri 92%. Uurimisrühm on välja töötanud päikesekasvuhoone jaoks muutuva kaldenurgaga aktiivse päikesesoojuse kogumisseadme ja toetava soojussalvestusseadme kasvuhoone veekogu jaoks vastavalt ilmale. Muutuva kaldega aktiivne päikesesoojuse kogumise tehnoloogia murrab traditsiooniliste kasvuhoonete soojuskogumisseadmete piirangud, nagu piiratud soojuskogumisvõimsus, varjutamine ja haritava maa hõivamine. Päikesekasvuhoone spetsiaalse kasvuhoonestruktuuri abil kasutatakse täielikult ära kasvuhoone istutusväline pind, mis parandab oluliselt kasvuhoone ruumi kasutamise efektiivsust. Tavapäraste päikeseliste töötingimuste korral saavutab muudetava kaldega aktiivne päikesesoojuse kogumissüsteem 1,9 MJ/(m2h), energia kasutamise efektiivsus on 85,1% ja energiasäästu määr on 77%. Kasvuhoone soojuse salvestamise tehnoloogias kasutatakse mitmefaasilist soojuse salvestusstruktuuri, suurendatakse soojuse salvestusseadme soojuse salvestusvõimet ja saavutatakse seadmest aeglane soojuse eraldumine, et saavutada kasvuhoone päikesesoojuse kogumisseadmete kogutud soojuse tõhus kasutamine.

biomassi energia

Uus rajatis ehitatakse biomassi soojust tootva seadme ja kasvuhoone kombineerimise teel ning biomassi toorained, nagu seasõnnik, seenejäägid ja õled, kompostitakse soojuse saamiseks ja toodetud soojusenergia suunatakse otse kasvuhoonesse [5]. Võrreldes kasvuhoonega, millel puudub biomassi kääritusküttepaak, suudab küttekasvuhoone tõhusalt tõsta maapinna temperatuuri kasvuhoones ja säilitada mullas kasvatatavate põllukultuuride juurte õiget temperatuuri talvel normaalses kliimas. Näiteks ühekihilise asümmeetrilise soojusisolatsiooniga kasvuhoone puhul, mille sildeava on 17 m ja pikkus 30 m, võib 8 m põllumajandusjäätmete (tomatiõlgede ja seasõnniku segu) lisamine sisemisse käärituspaaki looduslikuks kääritamiseks ilma kuhja ümberpööramata tõsta kasvuhoone keskmist päevatemperatuuri talvel 4,2 ℃ võrra ja keskmine päevane miinimumtemperatuur võib ulatuda 4,6 ℃-ni.

Biomassi kontrollitud kääritamise energiakasutus on käärimismeetod, mis kasutab käärimisprotsessi juhtimiseks instrumente ja seadmeid, et kiiresti saada ja tõhusalt ära kasutada biomassi soojusenergiat ja CO2 gaasiväetist. Ventilatsioon ja niiskus on biomassi kääritussoojuse ja gaasi tootmise reguleerimise võtmetegurid. Ventileeritud tingimustes kasutavad käärituskuhjas olevad aeroobsed mikroorganismid elutegevuseks hapnikku ning osa toodetud energiast kasutatakse nende endi elutegevuseks ja osa energiast vabaneb keskkonda soojusenergiana, mis on kasulik keskkonna temperatuuri tõusule. Vesi osaleb kogu käärimisprotsessis, pakkudes mikroobide tegevuseks vajalikke lahustuvaid toitaineid ja vabastades samal ajal kuhja soojust auru kujul läbi vee, et vähendada kuhja temperatuuri, pikendada mikroorganismide eluiga ja suurendada kuhja põhitemperatuuri. Põhu leostusseadme paigaldamine käärituspaaki võib talvel tõsta sisetemperatuuri 3–5 ℃ võrra, tugevdada taimede fotosünteesi ja suurendada tomatisaaki 29,6%.

Geotermiline energia

Hiina on rikas geotermiliste ressursside poolest. Praegu on põllumajandusettevõtete jaoks kõige levinum viis geotermilise energia kasutamiseks maasoojuspump, mis suudab väikese koguse kõrgekvaliteedilise energia (näiteks elektrienergia) abil muuta madala kvaliteediga soojusenergia kõrgekvaliteediliseks soojusenergiaks. Erinevalt traditsioonilistest kasvuhoonete küttemeetoditest ei saavuta maasoojuspump mitte ainult märkimisväärset kütteefekti, vaid suudab ka kasvuhoonet jahutada ja niiskust vähendada. Maasoojuspumba rakendusuuringud elamuehituse valdkonnas on küpsed. Maasoojuspumba kütte- ja jahutusvõimsust mõjutav põhiosa on maa-alune soojusvahetusmoodul, mis hõlmab peamiselt maetud torusid, maa-aluseid kaevusid jne. Selle osa uurimistöö keskmes on alati olnud see, kuidas kujundada tasakaalustatud kulude ja efektiga maa-alune soojusvahetussüsteem. Samal ajal mõjutab maasoojuspumba kasutamisel maa-aluse pinnase temperatuuri muutus ka soojuspumbasüsteemi kasutusefekti. Maasoojuspumba kasutamine kasvuhoone jahutamiseks suvel ja soojusenergia salvestamine sügavasse mullakihti võib leevendada maa-aluse mullakihi temperatuuri langust ja parandada maasoojuspumba soojuse tootmise efektiivsust talvel.

Praegu uuritakse maasoojuspumpade jõudlust ja efektiivsust tegelike eksperimentaalsete andmete põhjal, luues numbrilise mudeli tarkvaraga nagu TOUGH2 ja TRNSYS ning järeldades, et maasoojuspumba küttevõimsus ja jõudlustegur (COP) võivad ulatuda 3,0–4,5-ni, millel on hea jahutus- ja kütteefekt. Soojuspumbasüsteemi tööstrateegia uurimisel leidsid Fu Yunzhun ja teised, et võrreldes koormuspoolse vooluga on maasoojuspoole voolul suurem mõju seadme jõudlusele ja maetud toru soojusülekande jõudlusele. Vooluhulga seadistuse tingimustes võib seadme maksimaalne COP-väärtus ulatuda 4,17-ni, kui valida töörežiim, kus seade töötab 2 tundi ja seisab 2 tundi; Shi Huixian jt. võtsid kasutusele veemahutusjahutussüsteemi vahelduva töörežiimi. Suvel, kui temperatuur on kõrge, võib kogu energiavarustussüsteemi COP ulatuda 3,80-ni.

Sügavale mullale soojuse salvestamise tehnoloogia kasvuhoones

Kasvuhoones sügavale mulla soojuse salvestamist nimetatakse ka "soojuse salvestuspangaks". Talvised külmakahjustused ja suvine kõrge temperatuur on peamised takistused kasvuhoonetootmisele. Sügava mulla suurele soojuse salvestusvõimele tuginedes kavandas uurimisrühm kasvuhoone maa-aluse sügava soojuse salvestusseadme. Seade on kahekihiline paralleelne soojusülekande torujuhe, mis on maetud kasvuhoonesse 1,5–2,5 m sügavusele maa alla, õhu sisselaskeavaga kasvuhoone ülaosas ja õhu väljalaskeavaga maapinnal. Kui kasvuhoone temperatuur on kõrge, pumbatakse ventilaatori abil siseõhk sunniviisiliselt maasse, et saavutada soojuse salvestamine ja temperatuuri alandamine. Kui kasvuhoone temperatuur on madal, eraldatakse kasvuhoone soojendamiseks mullast soojust. Tootmis- ja rakendustulemused näitavad, et seade suudab talveööl tõsta kasvuhoone temperatuuri 2,3 ℃ võrra, suvepäeval alandada sisetemperatuuri 2,6 ℃ võrra ja suurendada tomatisaaki 1500 kg võrra 667 kuupmeetris.²Seade kasutab täielikult ära sügaval maa-aluses pinnases leiduvaid omadusi „talvel soe ja suvel jahe“ ning „püsivat temperatuuri“, pakub kasvuhoonele „energiaallikat“ ning täidab pidevalt kasvuhoone jahutamise ja kütmise abifunktsioone.

Mitme energia koordineerimine

Kahe või enama energialiigi kasutamine kasvuhoone kütmiseks aitab tõhusalt kompenseerida ühe energialiigi puudusi ja annab võimaluse „üks pluss üks on suurem kui kaks“ superpositsiooniefektiks. Geotermilise energia ja päikeseenergia vastastikune täiendavus on viimastel aastatel olnud uute energiakasutuste uurimisteemaks põllumajanduslikus tootmises. Emmi jt uurisid mitmeallikalist energiasüsteemi (joonis 1), mis on varustatud fotogalvaanilise-termilise hübriidpäikesekollektoriga. Võrreldes tavalise õhk-vesi soojuspumbasüsteemiga paraneb mitmeallikalise energiasüsteemi energiatõhusus 16–25%. Zheng jt töötasid välja uut tüüpi päikeseenergia ja maasoojuspumba ühendatud soojussalvestussüsteemi. Päikesekollektorsüsteem võimaldab realiseerida kvaliteetset hooajalist kütte salvestamist, st kvaliteetset kütet talvel ja kvaliteetset jahutust suvel. Maetud toruga soojusvaheti ja vahelduv soojusakumulatsioonipaak töötavad kõik süsteemis hästi ning süsteemi COP-väärtus võib ulatuda 6,96-ni.

Koos päikeseenergiaga on selle eesmärk vähendada ärienergia tarbimist ja parandada päikeseenergia varustuskindlust kasvuhoonetes. Wan Ya jt. pakkusid välja uue intelligentse juhtimistehnoloogia skeemi, mis ühendab päikeseenergia tootmise ärienergiaga kasvuhoonete kütmiseks, mis võimaldab kasutada fotogalvaanilist energiat valguse ajal ja muuta selle ärienergiaks valguse puudumisel, vähendades oluliselt koormusenergia puudujäägi määra ja majanduslikke kulusid ilma patareisid kasutamata.

Päikeseenergia, biomassienergia ja elektrienergia suudavad kasvuhooneid koos kütta, mis võimaldab saavutada ka kõrge kütteefektiivsuse. Zhang Liangrui ja teised kombineerisid päikeseenergia vaakumtorudega soojuse kogumise oru elektrilise soojuse salvestusveepaagiga. Kasvuhoone küttesüsteemil on hea termiline mugavus ja süsteemi keskmine kütteefektiivsus on 68,70%. Elektriline soojuse salvestusveepaak on elektrilise küttega biomassi küttevee salvestusseade. Kütteotsas seatakse madalaim vee sisselasketemperatuur ja süsteemi tööstrateegia määratakse vastavalt päikesesoojuse kogumise osa ja biomassi soojuse salvestusosa vee salvestustemperatuurile, et saavutada kütteotsas stabiilne küttetemperatuur ning säästa maksimaalselt elektrienergiat ja biomassi energiamaterjale.

Uute kasvuhoonematerjalide uuenduslik uurimistöö ja rakendamine

Kasvuhoonete pindala laienedes tulevad üha enam ilmsiks traditsiooniliste kasvuhoonematerjalide, näiteks telliste ja pinnase, kasutuspuudused. Seetõttu on kasvuhoonete soojusomaduste edasiseks parandamiseks ja tänapäevaste kasvuhoonete arendusvajaduste rahuldamiseks palju uuritud ja rakendatud uusi läbipaistvaid kattematerjale, soojusisolatsioonimaterjale ja seinamaterjale.

Uute läbipaistvate kattematerjalide uurimine ja rakendamine

Läbipaistvate kasvuhoonete kattematerjalide hulka kuuluvad peamiselt kile, klaas, päikesepaneelid ja fotogalvaanilised paneelid, mille hulgas on kile kõige levinum kasutusala. Traditsioonilise kasvuhoone PE-kile puudusteks on lühike kasutusiga, mittelagunemine ja ainult üks funktsioon. Praegu on funktsionaalsete reagentide või kattekihtide lisamise teel välja töötatud mitmesuguseid uusi funktsionaalseid kilesid.

Valguskonversioonfilm:Valgust konverteeriv kile muudab kile optilisi omadusi, kasutades valgust konverteerivaid aineid, näiteks haruldasi muldmetalle ja nanomaterjale, ning suudab ultraviolettvalguse piirkonna muuta taimede fotosünteesiks vajalikuks punaseks oranžiks ja siniseks violetseks valguseks, suurendades seeläbi saagikust ja vähendades ultraviolettvalguse kahjustusi põllukultuuridele ja kasvuhoonekiledele plastkasvuhoonetes. Näiteks lairibaline lillast punaseks muutuv kasvuhoonekile koos VTR-660 valgust konverteeriva ainega võib kasvuhoones kasutamisel oluliselt parandada infrapunakiirguse läbilaskvust ning võrreldes kontrollkasvuhoonega on tomatite saagikus hektari kohta, C-vitamiini ja lükopeeni sisaldus oluliselt suurenenud, vastavalt 25,71%, 11,11% ja 33,04%. Praegu tuleb aga uue valgust konverteeriva kile kasutusiga, lagunduvust ja maksumust veel uurida.

Hajutatud klaasHajuklaas kasvuhoones on klaasi pinnale kantud spetsiaalne muster ja peegeldusvastane tehnoloogia, mis maksimeerib päikesevalguse hajutatud valguseks ja siseneb kasvuhoonesse, parandades põllukultuuride fotosünteesi efektiivsust ja suurendades saagikust. Hajuklaas muudab kasvuhoonesse siseneva valguse spetsiaalsete mustrite abil hajutatud valguseks ja hajutatud valgust saab kasvuhoonesse ühtlasemalt kiiritada, kõrvaldades karkassi varjude mõju kasvuhoonele. Võrreldes tavalise ujukklaasi ja ülivalge ujukklaasiga on hajuklaasklaasi valguse läbilaskvuse standard 91,5% ja tavalise ujukklaasiga 88%. Iga 1% valguse läbilaskvuse suurenemisega kasvuhoones saab saagikust suurendada umbes 3% ning puu- ja köögiviljades lahustuva suhkru ja C-vitamiini sisaldus on suurenenud. Kasvuhoones kaetakse hajuklaas kõigepealt ja seejärel karastatakse ning iseplahvatuse määr on kõrgem kui riiklik standard, ulatudes 2‰-ni.

Uute soojusisolatsioonimaterjalide uurimine ja rakendamine

Kasvuhoonete traditsiooniliste soojusisolatsioonimaterjalide hulka kuuluvad peamiselt õlgmatt, pabertekk, nõelvildist soojusisolatsioonitekk jne, mida kasutatakse peamiselt katuste sise- ja välisisolatsiooniks, seinte isolatsiooniks ning mõnede soojust salvestavate ja koguvate seadmete soojusisolatsiooniks. Enamikul neist on see puudus, et pikaajalise kasutamise korral kaotavad nad sisemise niiskuse tõttu soojusisolatsiooni omaduse. Seetõttu on uutel kõrge soojusisolatsiooniga materjalidel palju rakendusi, mille hulgas on uurimistöö keskmes uued soojusisolatsioonitekid, soojust salvestavad ja koguvad seadmed.

Uued soojusisolatsioonimaterjalid valmistatakse tavaliselt pinnakattega veekindlate ja vananemiskindlate materjalide, näiteks kootud kile ja kaetud vildi, töötlemise ja segamise teel kohevate soojusisolatsioonimaterjalidega, näiteks pihustatud puuvilla, mitmesuguste kašmiirmaterjalide ja pärlpuuvillaga. Kirde-Hiinas testiti kootud kilega pihustatud puuvillast soojusisolatsioonitekki. Leiti, et 500 g pihustatud puuvilla lisamine vastas turul oleva 4500 g musta vildist soojusisolatsiooniteki soojusisolatsiooniomadustele. Samades tingimustes paranes 700 g pihustatud puuvilla soojusisolatsiooniomadus 1–2 ℃ võrra võrreldes 500 g pihustatud puuvillase soojusisolatsioonitekiga. Samal ajal on ka teistes uuringutes leitud, et võrreldes turul tavaliselt kasutatavate soojusisolatsioonitekkidega on pihustatud puuvilla ja mitmesuguste kašmiirmaterjalist soojusisolatsioonitekkide soojusisolatsiooniefekt parem, soojusisolatsiooni määr on vastavalt 84,0% ja 83,3%. Kui madalaim välistemperatuur on -24,4 ℃, võib sisetemperatuur ulatuda vastavalt 5,4 ja 4,2 ℃-ni. Võrreldes ühe õlgkattega isolatsioonitekiga on uuel komposiit-isolatsioonitekil eelised kerge kaal, kõrge isolatsioonikiirus, tugev veekindlus ja vananemiskindlus ning seda saab kasutada uut tüüpi ülitõhusa isolatsioonimaterjalina päikeseenergia kasvuhoonetes.

Samal ajal on kasvuhoonete soojusisolatsioonimaterjalide uuringu kohaselt leitud, et sama paksuse korral on mitmekihilistel komposiit-soojusisolatsioonimaterjalidel parem soojusisolatsioonivõime kui üksikutel materjalidel. Professor Li Jianmingi meeskond Loode-A&F ülikoolist kavandas ja testis 22 tüüpi kasvuhoonete veesalvestusseadmete soojusisolatsioonimaterjali, näiteks vaakumplaate, aerogeeli ja kummivatti, ning mõõtis nende termilisi omadusi. Tulemused näitasid, et 80 mm soojusisolatsioonikate + aerogeel + kummi-plastist soojusisolatsioonipuuvilla komposiit-isolatsioonimaterjal vähendas soojuse hajumist 0,367 MJ ajaühiku kohta võrreldes 80 mm kummi-plastist puuvillaga ning selle soojusülekandetegur oli 0,283 W/(m2·k), kui isolatsioonikombinatsiooni paksus oli 100 mm.

Faasimuutusmaterjal on kasvuhoonematerjalide uurimise üks tulipunkte. Loode-A&F Ülikool on välja töötanud kahte tüüpi faasimuutusmaterjalide salvestusseadmeid: üks on mustast polüetüleenist valmistatud hoiukast, mille mõõtmed on 50cm × 30cm × 14cm (pikkus × kõrgus × paksus) ja mis on täidetud faasimuutusmaterjalidega, et see saaks soojust salvestada ja vabastada; teiseks on välja töötatud uut tüüpi faasimuutusplaat. Faasimuutusplaat koosneb faasimuutusmaterjalist, alumiiniumplaadist, alumiinium-plastplaadist ja alumiiniumsulamist. Faasimuutusmaterjal asub plaadi kõige keskmises kohas ja selle spetsifikatsioon on 200mm × 200mm × 50mm. See on enne ja pärast faasimuutust pulbriline tahke aine ning sulamise või voolamise nähtust ei esine. Faasimuutusmaterjali neli seina on vastavalt alumiiniumplaat ja alumiinium-plastplaat. See seade suudab realiseerida peamiselt soojuse salvestamise funktsioone päeval ja peamiselt soojuse vabastamist öösel.

Seetõttu esineb ühe soojusisolatsioonimaterjali kasutamisel mõningaid probleeme, näiteks madal soojusisolatsiooni efektiivsus, suur soojuskadu, lühike soojuse säilitamise aeg jne. Seega saab komposiit-soojusisolatsioonimaterjali kasutamine soojusisolatsioonikihina ning soojuse salvestamise seadme sise- ja välistingimustes kasutatava soojusisolatsiooni kattekihina tõhusalt parandada kasvuhoone soojusisolatsiooni toimivust, vähendada kasvuhoone soojuskadu ja seega saavutada energiasäästu efekti.

Uue seina uurimine ja rakendamine

Omamoodi piirdekonstruktsioonina on sein oluline barjäär kasvuhoone külmakaitseks ja soojapidavuseks. Seinamaterjalide ja konstruktsioonide järgi saab kasvuhoone põhjaseina jagada kolme tüüpi: ühekihiline sein mullast, tellistest jne ja kihiline põhjasein savitellistest, plokktellistest, polüstüreenplaatidest jne, millel on sisemine soojussalvestus ja välimine soojusisolatsioon, ning enamik neist seintest on aeganõudvad ja töömahukad; Seetõttu on viimastel aastatel ilmunud palju uut tüüpi seinu, mida on lihtne ehitada ja mis sobivad kiireks kokkupanekuks.

Uut tüüpi monteeritavate seinte teke soodustab monteeritavate kasvuhoonete kiiret arengut, sealhulgas uut tüüpi komposiitseinad, millel on välised veekindlad ja vananemisvastased pinnamaterjalid ning materjalid nagu vilt, pärlpuuvill, kosmopuuvill, klaaspuuvill või taaskasutatud puuvill soojusisolatsioonikihtidena, näiteks painduvad pihustatud puuvillast monteeritavad seinad Xinjiangis. Lisaks on teistes uuringutes kirjeldatud ka soojust salvestava kihiga monteeritava kasvuhoone põhjaseina, näiteks telliskivitäidisega nisukoore mördiplokkidest Xinjiangis. Sama väliskeskkonna korral, kui madalaim välistemperatuur on -20,8 ℃, on nisukoore mördiplokkidest komposiitseinaga päikesekasvuhoone temperatuur 7,5 ℃, samas kui telliskivi-betoonseinaga päikesekasvuhoone temperatuur on 3,2 ℃. Tomatite koristusaega telliskivikasvuhoones saab 16 päeva võrra edasi lükata ja üksiku kasvuhoone saagikust saab suurendada 18,4%.

Loode-A&F ülikooli meeskond esitas idee valmistada õlgedest, pinnasest, veest, kivist ja faasimuutusmaterjalidest soojusisolatsiooni- ja soojussalvestusmooduleid valguse ja lihtsustatud seinakonstruktsiooni nurga alt, mis edendas moodulmonteeritud seinte rakendusuuringuid. Näiteks võrreldes tavalise telliskiviseinaga kasvuhoonega on kasvuhoone keskmine temperatuur tüüpilisel päikesepaistelisel päeval 4,0 ℃ kõrgem. Kolme tüüpi anorgaanilised faasimuutusmaterjalist (PCM) ja tsemendist valmistatud moodulid on akumuleerinud soojust 74,5, 88,0 ja 95,1 MJ/m².³ja eraldas soojust 59,8, 67,8 ja 84,2 MJ/m³vastavalt. Neil on funktsioonid "tipptaseme lõikamine" päeval, "oru täitmine" öösel, soojuse neelamine suvel ja soojuse vabastamine talvel.

Need uued seinad monteeritakse kohapeal, neil on lühike ehitusperiood ja pikk kasutusiga, mis loob tingimused kergete, lihtsustatud ja kiiresti kokkupandavate monteeritavate kasvuhoonete ehitamiseks ning võib oluliselt soodustada kasvuhoonete konstruktsioonireformi. Sellisel seinal on aga mõningaid puudusi, näiteks pihustatud puuvillase soojusisolatsiooniga tekiseinal on suurepärane soojusisolatsioonivõime, kuid puudub soojuse salvestusvõime ning faasimuutusmaterjalil on kõrge kasutuskulu. Tulevikus tuleks monteeritavate seinte rakendusuuringuid tugevdada.

Uus energia, uued materjalid ja uued disainid aitavad kasvuhoone struktuuri muuta.

Uute energiaallikate ja materjalide uurimine ja innovatsioon loovad aluse kasvuhoonete disainiinnovatsioonile. Energiasäästlikud päikeseenergial töötavad kasvuhooned ja kaarkasvuhooned on Hiina põllumajandustootmise suurimad kuurkonstruktsioonid ning neil on põllumajandustootmises oluline roll. Hiina sotsiaalmajanduse arenguga ilmnevad aga üha enam nende kahe tüüpi rajatiste puudused. Esiteks on rajatiste pind väike ja mehhaniseerimise aste madal; teiseks on energiasäästlikul päikeseenergial töötaval kasvuhoonel hea soojusisolatsioon, kuid maakasutus on madal, mis on samaväärne kasvuhooneenergia asendamisega maaga. Tavalisel kaarkasvuhoonel pole mitte ainult väike ruum, vaid ka halb soojusisolatsioon. Kuigi mitmeavalisel kasvuhoonel on suur ruum, on sellel halb soojusisolatsioon ja suur energiatarve. Seetõttu on hädavajalik uurida ja arendada Hiina praegusele sotsiaalsele ja majanduslikule tasemele sobivat kasvuhoonekonstruktsiooni ning uute energiaallikate ja materjalide uurimine ja arendamine aitab kasvuhoonete konstruktsiooni muuta ja toota mitmesuguseid uuenduslikke kasvuhoonete mudeleid või konstruktsioone.

Innovatiivne uuring suure avaga asümmeetrilise veega juhitava õllekasvuhoone kohta

Suure avaga asümmeetriline veega juhitav õlletootmiskasvuhoone (patendinumber: ZL 201220391214.2) põhineb päikesevalgusega kasvuhoone põhimõttel, muutes tavalise plastkasvuhoone sümmeetrilist struktuuri, suurendades lõunaulatust, suurendades lõunakatuse valgustusala, vähendades põhjaulatust ja vähendades soojuse hajumise ala, mille ava on 18–24 m ja harja kõrgus 6–7 m. Disainiuuenduste abil on ruumilist struktuuri oluliselt suurendatud. Samal ajal lahendatakse kasvuhoone ebapiisava kütte ja tavaliste soojusisolatsioonimaterjalide halva soojusisolatsiooni probleemid talvisel ajal, kasutades uut biomassi õlletootmise soojus- ja soojusisolatsioonimaterjalide tehnoloogiat. Tootmis- ja uurimistulemused näitavad, et suure avaga asümmeetriline veega juhitav õllekasvuhoone, mille keskmine temperatuur on päikesepaistelistel päevadel 11,7 ℃ ja pilves ilmadel 10,8 ℃, suudab rahuldada talvel põllukultuuride kasvuvajadust ning kasvuhoone ehituskulud vähenevad 39,6% ja maakasutusmäär suureneb enam kui 30% võrreldes polüstüreenist telliskiviseinaga kasvuhoonega, mis sobib edasiseks populariseerimiseks ja kasutamiseks Hiina Kollase Huaihe jõe vesikonnas.

Kokkupandud päikesevalgusega kasvuhoone

Kokkupandaval päikeseenergial töötaval kasvuhoonel on kandekonstruktsioonina sambad ja katusekarkass ning selle seinamaterjal on peamiselt soojusisolatsiooniga ümbritsetud kest, mitte kandekonstruktsioon ning passiivne soojuse salvestamine ja vabastamine. Peamiselt: (1) uut tüüpi kokkupandav sein moodustatakse erinevate materjalide, näiteks kaetud kile või värvilise terasplaadi, õlgploki, painduva soojusisolatsiooniteki, mördiploki jms kombineerimisel; (2) komposiitseinaplaat, mis on valmistatud tehaseseinast, polüstüreenplaadist ja tsementplaadist; (3) kerge ja lihtne kokkupandav soojusisolatsioonimaterjal aktiivse soojuse salvestamise ja vabastamise süsteemi ning niiskuse eemaldamise süsteemiga, näiteks plastist ruudukujuline ämber soojuse salvestamiseks ja torujuhtme soojuse salvestamiseks. Erinevate uute soojusisolatsioonimaterjalide ja soojust salvestavate materjalide kasutamine traditsioonilise muldmüüri asemel päikeseenergial töötava kasvuhoone ehitamiseks võimaldab suurt ruumi ja väikest ehitusmahtu. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et kasvuhoone temperatuur talvel öösel on 4,5 ℃ kõrgem kui traditsioonilisel telliskiviseinaga kasvuhoonel ja tagaseina paksus on 166 mm. Võrreldes 600 mm paksuse telliskiviseinaga kasvuhoonega on seina hõivatud pindala vähenenud 72% ja ruutmeetri hind on 334,5 jüaani, mis on 157,2 jüaani madalam kui telliskiviseinaga kasvuhoonel, ning ehituskulud on märkimisväärselt langenud. Seetõttu on kokkupandud kasvuhoonel eelised vähem haritava maa hävitamist, maa kokkuhoid, kiire ehituskiirus ja pikk kasutusiga ning see on päikesekasvuhoonete innovatsiooni ja arengu võtmesuund nii praegu kui ka tulevikus.

Liuglev päikesevalgusega kasvuhoone

Shenyangi Põllumajandusülikooli väljatöötatud rula abil kokkupandav energiasäästlik päikeseenergial töötav kasvuhoone kasutab päikeseenergial töötava kasvuhoone tagaseina, et moodustada soojuse salvestamiseks ja temperatuuri tõstmiseks veetsirkulatsiooniga seina soojussalvestussüsteem, mis koosneb peamiselt basseinist (32 m³), valgust koguv plaat (360 m²), veepump, veetoru ja kontroller. Paindlik soojusisolatsioonitekk on asendatud uue kerge kivivillast värvilise terasplaadimaterjaliga ülaosas. Uuring näitab, et see disain lahendab tõhusalt valguse blokeerimise probleemi ja suurendab kasvuhoone valguse sisenemisala. Kasvuhoone valgustusnurk on 41,5°, mis on ligi 16° kõrgem kui kontrollkasvuhoonel, parandades seeläbi valgustuskiirust. Sisetemperatuuri jaotus on ühtlane ja taimed kasvavad korralikult. Kasvuhoone eelised on maakasutuse efektiivsuse parandamine, kasvuhoone suuruse paindlik kujundamine ja ehitusaja lühendamine, mis on väga oluline haritava maa ressursside ja keskkonna kaitsmiseks.

Fotogalvaaniline kasvuhoone

Põllumajanduskasvuhoone on kasvuhoone, mis ühendab endas päikesepaneelide abil toodetud energia, intelligentse temperatuuri reguleerimise ja kaasaegse kõrgtehnoloogilise istutamise. See on valmistatud terasest karkassist ja kaetud päikesepaneelide moodulitega, et tagada nii päikesepaneelide kui ka kogu kasvuhoone valgustusvajadus. Päikeseenergia tekitatud alalisvool täiendab otseselt põllumajanduskasvuhoonete valgustust, toetab otseselt kasvuhooneseadmete normaalset tööd, juhib veevarude niisutamist, tõstab kasvuhoone temperatuuri ja soodustab põllukultuuride kiiret kasvu. Sellisel viisil mõjutavad fotogalvaanilised moodulid kasvuhoone katuse valgustustõhusust ja seejärel kasvuhooneköögiviljade normaalset kasvu. Seetõttu on fotogalvaaniliste paneelide ratsionaalne paigutus kasvuhoone katusel peamine rakenduspunkt. Põllumajanduskasvuhoone on vaatamisväärsuspõllumajanduse ja aiandusrajatiste orgaanilise kombinatsiooni tulemus ning see on uuenduslik põllumajandustööstus, mis ühendab fotogalvaanilise energia tootmise, põllumajanduslikud vaatamisväärsused, põllumajanduskultuurid, põllumajandustehnoloogia, maastiku ja kultuurilise arengu.

Kasvuhoonete grupi uuenduslik disain, mis hõlmab erinevat tüüpi kasvuhoonete energia interaktsiooni

Pekingi Põllumajandus- ja Metsandusteaduste Akadeemia teadur Guo Wenzhong kasutab kasvuhoonete vahel energia ülekandmise küttemeetodit, et koguda ühest või mitmest kasvuhoonest järelejäänud soojusenergia teise või mitme kasvuhoone kütmiseks. See küttemeetod realiseerib kasvuhoone energia ülekandmise ajas ja ruumis, parandab järelejäänud kasvuhoone soojusenergia kasutamise efektiivsust ja vähendab kütteenergia kogutarbimist. Kahte tüüpi kasvuhooned võivad olla erinevat tüüpi või sama tüüpi kasvuhooned erinevate põllukultuuride, näiteks salati ja tomati kasvuhoonete istutamiseks. Soojuse kogumise meetodid hõlmavad peamiselt siseõhu soojuse eraldamist ja langeva kiirguse otsest püüdmist. Päikeseenergia kogumise, soojusvaheti abil sundkonvektsiooni ja soojuspumba abil sundväljatõmbe abil eraldati suure energiatarbega kasvuhoones olev üleliigne soojus kasvuhoone kütmiseks.

kokku võtma

Nende uute päikeseenergial töötavate kasvuhoonete eelisteks on kiire paigaldus, lühem ehitusperiood ja parem maakasutusmäär. Seetõttu on vaja nende uute kasvuhoonete toimivust erinevates piirkondades edasi uurida ning pakkuda võimalust uute kasvuhoonete laialdaseks populariseerimiseks ja rakendamiseks. Samal ajal on vaja pidevalt tugevdada uute energiaallikate ja materjalide kasutamist kasvuhoonetes, et pakkuda energiat kasvuhoonete struktuurireformiks.

Tulevikuväljavaated ja mõtlemine

Traditsioonilistel kasvuhoonetel on sageli mõningaid puudusi, näiteks suur energiatarve, madal maakasutusmäär, aeganõudev ja tööjõumahukas olek, halb jõudlus jne, mis ei suuda enam rahuldada tänapäevase põllumajanduse tootmisvajadusi ja mis tuleb järk-järgult kõrvaldada. Seetõttu on arengusuund uute energiaallikate, näiteks päikeseenergia, biomassienergia, geotermilise energia ja tuuleenergia, uute kasvuhoonete rakendusmaterjalide ja uute disainilahenduste kasutamine kasvuhoonete struktuurimuutuste edendamiseks. Esiteks peaks uue energia ja uute materjalide abil töötav uus kasvuhoone mitte ainult vastama mehhaniseeritud töö vajadustele, vaid ka säästma energiat, maad ja kulusid. Teiseks on vaja pidevalt uurida uute kasvuhoonete toimivust erinevates piirkondades, et luua tingimused kasvuhoonete laialdaseks populariseerimiseks. Tulevikus peaksime otsima uusi energiaallikaid ja uusi materjale, mis sobivad kasvuhoonete kasutamiseks, ning leidma parima kombinatsiooni uuest energiast, uutest materjalidest ja kasvuhoonest, et võimaldada ehitada uusi kasvuhooneid madala hinnaga, lühikese ehitusperioodi, väikese energiatarbimise ja suurepärase jõudlusega, aidata kaasa kasvuhoonete struktuuri muutmisele ja edendada kasvuhoonete moderniseerimist Hiinas.

Kuigi uute energiaallikate, materjalide ja disainilahenduste kasutamine kasvuhoonete ehitamisel on vältimatu trend, on siiski palju probleeme, mida tuleb uurida ja lahendada: (1) Ehituskulud suurenevad. Võrreldes traditsioonilise söe, maagaasi või õliga kütmisega on uue energia ja materjalide kasutamine keskkonnasõbralik ja saastevaba, kuid ehituskulud suurenevad märkimisväärselt, millel on teatav mõju tootmise ja käitamise investeeringute tasuvusele. Võrreldes energia kasutamisega suurenevad uute materjalide kulud märkimisväärselt. (2) Soojusenergia ebastabiilne kasutamine. Uute energiaallikate kasutamise suurim eelis on madalad tegevuskulud ja väike süsinikdioksiidi heitkogus, kuid energia ja soojuse pakkumine on ebastabiilne ning pilvised päevad muutuvad päikeseenergia kasutamise suurimaks piiravaks teguriks. Biomassist kääritamise teel soojuse tootmise protsessis piiravad selle energia efektiivset kasutamist madala kääritamise soojusenergia, keerulise juhtimise ja kontrolli ning tooraine transportimiseks vajaliku suure hoiuruumi probleemid. (3) Tehnoloogia küpsus. Need uue energia ja materjalide tehnoloogiad on arenenud teadusuuringute ja tehnoloogilised saavutused ning nende rakendusala ja ulatus on endiselt üsna piiratud. Neid pole palju kordi, paljudes kohtades ja laiaulatuslikult praktikas kontrollitud ning paratamatult esineb mõningaid puudujääke ja tehnilist sisu, mida tuleb rakendamisel parandada. Kasutajad eitavad sageli tehnoloogia arengut väiksemate puuduste tõttu. (4) Tehnoloogia levik on madal. Teaduslike ja tehnoloogiliste saavutuste laialdane rakendamine nõuab teatud populaarsust. Praegu on uus energia, uus tehnoloogia ja uus kasvuhoonete disainitehnoloogia kõik ülikoolide teaduskeskuste meeskonnas, millel on teatav innovatsioonivõime, ja enamik tehnilisi nõudjaid või disainereid ei tea sellest veel midagi; samal ajal on uute tehnoloogiate populariseerimine ja rakendamine endiselt üsna piiratud, kuna uute tehnoloogiate põhiseadmed on patenteeritud. (5) Uute energiaallikate, uute materjalide ja kasvuhoonete konstruktsioonide disaini integreerimist tuleb veelgi tugevdada. Kuna energia, materjalid ja kasvuhoonete konstruktsioonide disain kuuluvad kolme erinevasse distsipliini, puuduvad kasvuhoonete disaini kogemusega andekatel sageli uuringud kasvuhoonetega seotud energia ja materjalide kohta ning vastupidi; Seetõttu peavad energia- ja materjaliuuringutega seotud teadlased tugevdama kasvuhoonetööstuse arengu tegelike vajaduste uurimist ja mõistmist ning konstruktsioonide projekteerijad peaksid uurima ka uusi materjale ja energiaallikaid, et edendada kolme seose sügavat integreerimist, et saavutada praktiline kasvuhooneuuringute tehnoloogia, madalad ehituskulud ja hea kasutusefekt. Eeltoodud probleemide põhjal on soovitatav, et riik, kohalikud omavalitsused ja teaduskeskused peaksid intensiivistama tehnilist uurimistööd, viima läbi ühiseid põhjalikke uuringuid, tugevdama teaduslike ja tehnoloogiliste saavutuste avalikustamist, parandama saavutuste populariseerimist ning kiiresti realiseerima uue energia ja materjalide eesmärgi, mis aitab kaasa kasvuhoonetööstuse uuele arengule.

Viidatud teave

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Uus energia, uued materjalid ja uus disain aitavad kaasa kasvuhoonete uuele revolutsioonile [J]. Vegetables, 2022,(10):1-8.