Kasvuhoone aianduse põllumajandustehnika tehnoloogia 2022-12-02 17:30 avaldatud Pekingis

Päikesekasvuhoonete arendamine harimatutel aladel, nagu kõrbed, Gobi ja liivased maad, on tõhusalt lahendanud vastuolu toidu ja köögiviljade konkureerimise vahel maa pärast. See on üks otsustavaid keskkonnategureid temperatuuritasakaalu säilitavate kultuuride kasvu ja arengu jaoks, mis sageli määrab kasvuhoonekultuuride tootmise edu või ebaedu. Seetõttu tuleb päikesekasvuhoonete arendamiseks harimatutel aladel kõigepealt lahendada kasvuhoonete keskkonnatemperatuuri probleem. Selles artiklis võetakse kokku viimastel aastatel harimatutel maadel asuvates kasvuhoonetes kasutatud temperatuuri reguleerimise meetodid ning analüüsitakse ja võetakse kokku olemasolevad probleemid ja temperatuuri ja keskkonnakaitse arengusuunad harimatutel maadel asuvates päikesekasvuhoonetes.

Hiinal on suur rahvaarv ja vähem saadaolevaid maaressursse. Üle 85% maaressurssidest on harimata maaressursid, mis on koondunud peamiselt Hiina loodeossa. Keskkomitee 2022. aasta dokumendis nr 1 juhiti tähelepanu sellele, et tehniliste vahendite põllumajanduse arengut tuleks kiirendada ning ökoloogilise keskkonna kaitsmise eesmärgil tuleks uurida kasutatavat vaba maad ja tühermaad tehniliste vahendite arendamiseks. Loode-Hiina on rikas kõrbete, Gobi kõrbete, tühermaade ja muude harimata maaressursside ning loodusliku valguse ja soojuse ressursside poolest, mis sobivad tehniliste vahendite põllumajanduse arendamiseks. Seetõttu on harimata maaressursside arendamine ja kasutamine harimatute kasvuhoonete arendamiseks strateegiliselt väga oluline riigi toiduga kindlustatuse tagamiseks ja maakasutuskonfliktide leevendamiseks.

Praegu on harimata päikeseenergial töötavad kasvuhooned peamine suure efektiivsusega põllumajandusliku arengu vorm harimata maal. Hiina loodeosas on päeva ja öö temperatuuride vahe suur ning talvel on öine temperatuur madal, mis viib sageli selleni, et siseruumide minimaalne temperatuur on madalam kui põllukultuuride normaalseks kasvuks ja arenguks vajalik temperatuur. Temperatuur on üks põllukultuuride kasvu ja arengu jaoks hädavajalikke keskkonnategureid. Liiga madal temperatuur aeglustab põllukultuuride füsioloogilist ja biokeemilist reaktsiooni ning aeglustab nende kasvu ja arengut. Kui temperatuur on madalam kui põllukultuuride taluvuspiir, võib see põhjustada isegi külmakahjustusi. Seetõttu on eriti oluline tagada põllukultuuride normaalseks kasvuks ja arenguks vajalik temperatuur. Päikeseenergial töötavate kasvuhoonete õige temperatuuri säilitamine ei ole üheainsa meetmega lahendatav. See tuleb tagada kasvuhoone projekteerimise, ehitamise, materjalide valiku, reguleerimise ja igapäevase haldamise aspektidest. Seetõttu võtab see artikkel kokku Hiinas viimastel aastatel tehtud uuringute staatuse ja edusammud mitteharitavate kasvuhoonete temperatuuri reguleerimise valdkonnas kasvuhoonete projekteerimise ja ehitamise, soojuse säilitamise ja soojendamise meetmete ning keskkonnajuhtimise aspektidest, et pakkuda süstemaatilist viidet mitteharitavate kasvuhoonete ratsionaalseks projekteerimiseks ja haldamiseks.

Kasvuhoone konstruktsioon ja materjalid

Kasvuhoone termiline keskkond sõltub peamiselt kasvuhoone päikesekiirguse läbilaskvusest, kinnipidamisest ja salvestusvõimest, mis on seotud kasvuhoone orientatsiooni mõistliku disaini, valgust läbilaskva pinna kuju ja materjali, seinte ja tagakatuse konstruktsiooni ja materjali, vundamendi isolatsiooni, kasvuhoone suuruse, öise isolatsiooni tüübi ja esikatuse materjaliga jne. ning samuti sellega, kas kasvuhoone ehitus- ja ehitusprotsess suudab tagada projekteerimisnõuete tõhusa täitmise.

Esikatuse valguse läbilaskvus

Kasvuhoone peamine energia tuleb päikesest. Esikatuse valguse läbilaskvuse suurendamine on kasulik kasvuhoonele, et see saaks rohkem soojust, ning see on ka oluline alus kasvuhoone temperatuurikeskkonna tagamiseks talvel. Praegu on kolm peamist meetodit kasvuhoone esikatuse valguse läbilaskvuse ja valguse vastuvõtuaja suurendamiseks.

01 kujundage mõistlik kasvuhoone orientatsioon ja asimuut

Kasvuhoone orientatsioon mõjutab kasvuhoone valgustusvõimet ja soojuse salvestusvõimet. Seetõttu on Loode-Hiinas asuvate mitteharitavate kasvuhoonete orientatsioon lõuna poole suunatud, et kasvuhoones rohkem soojust salvestada. Kasvuhoone konkreetse asimuudi puhul on lõunast itta suund kasulik "päikest haarata" ja sisetemperatuur tõuseb hommikul kiiresti; lõunast läände suund aitab kasvuhoonel ära kasutada pärastlõunast valgust. Lõuna suund on kompromiss kahe ülaltoodud olukorra vahel. Geofüüsika teadmiste kohaselt pöörleb Maa päevas 360° ja päikese asimuut liigub umbes 1° iga 4 minuti järel. Seega iga kord, kui kasvuhoone asimuut erineb 1° võrra, erineb otsese päikesevalguse aeg umbes 4 minutit, st kasvuhoone asimuut mõjutab aega, millal kasvuhoone hommikul ja õhtul valgust näeb.

Kui hommikune ja pärastlõunane valgusaeg on võrdne ning ida- või läänesuunad on sama nurga all, on kasvuhoone valgusaeg sama. 37° põhjalaiusest põhja pool asuvas piirkonnas on aga hommikul temperatuur madal ja katte avamine toimub hiljem, samas kui pärastlõunal ja õhtul on temperatuur suhteliselt kõrge, seega on asjakohane soojusisolatsioonikatte sulgemise aega edasi lükata. Seetõttu tuleks nendes piirkondades valida lõunast läände suund, et pärastlõunast valgust maksimaalselt ära kasutada. 30°–35° põhjalaiusest aladel saab paremate hommikuste valgustingimuste tõttu soojuse säilitamise ja katte avamise aega edasi lükata. Seetõttu tuleks nendes piirkondades valida lõuna-ida suund, et kasvuhoone saaks rohkem hommikust päikesekiirgust. 35°–37° põhjalaiusest aladel on hommikuse ja pärastlõunase päikesekiirguse erinevus väike, seega on parem valida lõunasuund. Olenemata sellest, kas tegemist on kagu- või edelasuunaga, on hälbenurk üldiselt 5° ~ 8° ja maksimaalne väärtus ei tohi ületada 10°. Loode-Hiina asub põhjalaiuskraadil 37° ~ 50°, seega on kasvuhoone asimuutnurk üldiselt lõunast läände. Seda silmas pidades on Zhang Jingshe jt poolt Taiyuani piirkonnas projekteeritud päikesekasvuhoone orientatsiooniks valitud 5° lõunast lääne suunas, Chang Meimei jt poolt Hexi koridori Gobi piirkonnas ehitatud päikesekasvuhoone orientatsiooniks valitud 5° kuni 10° lõunast lääne suunas ja Ma Zhigui jt poolt Xinjiangi põhjaosas ehitatud päikesekasvuhoone orientatsiooniks valitud 8° lõunast lääne suunas.

02 Projekteerige mõistlik esikatuse kuju ja kaldenurk

Esikatuse kuju ja kalle määravad päikesekiirte langemisnurga. Mida väiksem on langemisnurk, seda suurem on läbilaskvus. Sun Juren usub, et esikatuse kuju määrab peamiselt peamise valgustuspinna pikkuse ja tagumise kalde suhe. Pikk esikalle ja lühike tagumine kalle on kasulikud esikatuse valgustuse ja soojuse säilitamise seisukohalt. Chen Wei-Qian ja teised arvavad, et Gobi piirkonnas kasutatavate päikesekasvuhoonete peamiseks valgustuskatuseks on 4,5 m raadiusega ümmargune kaar, mis peab külma eest tõhusalt vastu. Zhang Jingshe jt arvavad, et mägistes ja kõrgetel laiuskraadidel on kasvuhoonete esikatusel sobivam kasutada poolringikujulist kaaret. Mis puutub esikatuse kaldenurka, siis vastavalt kile valguse läbilaskvuse omadustele on esikatuse peegeldusvõime päikesevalguse suhtes väike, kui langemisnurk on 0–40°, ja kui see ületab 40°, suureneb peegeldusvõime märkimisväärselt. Seetõttu võetakse esikatuse kaldenurga arvutamisel maksimaalseks langemisnurgaks 40°, et isegi talvisel pööripäeval pääseks päikesekiirgus kasvuhoonesse maksimaalselt. Seetõttu arvutasid He Bin ja teised Sise-Mongoolias Wuhais harimata aladele sobiva päikeseenergial töötava kasvuhoone projekteerimisel esikatuse kaldenurga 40° langemisnurgaga ning arvasid, et kui see on suurem kui 30°, suudab see täita kasvuhoone valgustuse ja soojuse säilitamise nõuded. Zhang Caihong ja teised arvavad, et Xinjiangi harimata aladele kasvuhoonete ehitamisel on Lõuna-Xinjiangi kasvuhoonete esikatuse kaldenurk 31°, samas kui Põhja-Xinjiangis on see 32°–33,5°.

03 Valige sobivad läbipaistvad kattematerjalid.

Lisaks välistingimuste päikesekiirguse mõjule on kasvuhoonekile materjal ja valguse läbilaskvus samuti olulised tegurid, mis mõjutavad kasvuhoone valgus- ja soojuskeskkonda. Praegu on PE, PVC, EVA ja PO-taoliste plastkilede valguse läbilaskvus erinev erinevate materjalide ja kile paksuste tõttu. Üldiselt on 1-3 aastat kasutatud kilede valguse läbilaskvus garanteeritult üle 88%, mis tuleks valida vastavalt põllukultuuride valgus- ja temperatuurivajadusele. Lisaks valguse läbilaskvusele kasvuhoones pööratakse üha enam tähelepanu ka valguse jaotumisele kasvuhoones. Seetõttu on viimastel aastatel tööstuses kõrgelt tunnustatud valgust läbilaskev kattematerjal, millel on parem hajuvusvalgus, eriti Loode-Hiina tugeva päikesekiirgusega piirkondades. Parendatud hajuvusega valguse kile kasutamine on vähendanud varjutusefekti taimevõra ülemisel ja alumisel küljel, suurendanud valgust taimevõra keskmises ja alumises osas, parandanud kogu põllukultuuri fotosünteesi omadusi ning näidanud head mõju kasvu soodustamisele ja saagikuse suurendamisele.

Kasvuhoone suuruse mõistlik disain

Kasvuhoone liiga pikk või lühike pikkus mõjutab sisetemperatuuri reguleerimist. Kui kasvuhoone pikkus on liiga lühike, on päikesetõusu ja -loojangu eel ida- ja lääneviilude varjualune ala suur, mis ei soodusta kasvuhoone soojenemist ning väikese mahu tõttu mõjutab see sisepinnase ja seinte soojuse neeldumist ja vabanemist. Liiga suure pikkuse korral on sisetemperatuuri raske reguleerida ning see mõjutab kasvuhoone konstruktsiooni tugevust ja soojust säilitava teki rullimismehhanismi konfiguratsiooni. Kasvuhoone kõrgus ja ulatus mõjutavad otseselt esikatuse päevavalgust, kasvuhoone ruumi suurust ja isolatsioonitegurit. Kui kasvuhoone ulatus ja pikkus on fikseeritud, saab kasvuhoone kõrguse suurendamisega suurendada esikatuse valgustusnurka valguskeskkonna seisukohast, mis soodustab valguse läbilaskvust. Soojuskeskkonna seisukohast suureneb seina kõrgus ja tagaseina soojuse salvestuspind, mis on kasulik tagaseina soojuse salvestamisele ja vabanemisele. Lisaks on ruum suur, soojusmahtuvus samuti suur ja kasvuhoone termiline keskkond on stabiilsem. Loomulikult suurendab kasvuhoone kõrguse suurendamine kasvuhoone hinda, mis vajab põhjalikku kaalumist. Seetõttu peaksime kasvuhoone projekteerimisel valima mõistliku pikkuse, ulatuse ja kõrguse vastavalt kohalikele oludele. Näiteks Zhang Caihong ja teised arvavad, et Põhja-Xinjiangis on kasvuhoone pikkus 50–80 m, ulatus 7 m ja kõrgus 3,9 m, samas kui Lõuna-Xinjiangis on kasvuhoone pikkus 50–80 m, ulatus 8 m ja kõrgus 3,6–4,0 m; Samuti arvatakse, et kasvuhoone ulatus ei tohiks olla väiksem kui 7 m ja kui ulatus on 8 m, on soojuse säilitamise efekt parim. Lisaks arvavad Chen Weiqian ja teised, et päikesekasvuhoone pikkus, ulatus ja kõrgus peaksid olema vastavalt 80 m, 8–10 m ja 3,8–4,2 m, kui see ehitatakse Jiuquani Gobi piirkonda Gansus.

Parandada seina soojussalvestus- ja isolatsioonivõimet

Päeval akumuleerib sein soojust, neelates päikesekiirgust ja siseõhu soojust. Öösel, kui sisetemperatuur on madalam kui seina temperatuur, vabastab sein passiivselt soojust kasvuhoone kütmiseks. Kasvuhoone peamise soojust akumuleeriva elementina saab sein oma soojuse salvestusvõime suurendamise kaudu oluliselt parandada siseruumide öist temperatuuri. Samal ajal on seina soojusisolatsiooni funktsioon kasvuhoone termilise keskkonna stabiilsuse alus. Praegu on seinte soojuse salvestus- ja isolatsioonivõime parandamiseks mitu meetodit.

01 kujundage mõistlik seinakonstruktsioon

Seina funktsioon hõlmab peamiselt soojuse salvestamist ja säilitamist ning samal ajal toimivad enamik kasvuhoone seinu ka kandekonstruktsioonidena, mis toetavad katuse sõrestikku. Hea termilise keskkonna saavutamise seisukohast peaks mõistlikul seinakonstruktsioonil olema piisav soojuse salvestusvõime siseküljel ja piisav soojuse säilitamise võime välisküljel, vähendades samal ajal ebavajalikke külmasildu. Seinte soojuse salvestamise ja isolatsiooni uurimisel projekteerisid Bao Encai ja teised Sise-Mongoolias Wuhai kõrbepiirkonnas tahkestunud liivast passiivse soojuse salvestusseina. Väljastpoolt kasutati isolatsioonikihina poorseid telliseid ja seestpoolt soojuse salvestuskihina tahkestunud liiva. Katse näitas, et päikesepaistelistel päevadel võis sisetemperatuur ulatuda 13,7 ℃-ni. Ma Yuehong jt projekteerisid Põhja-Xinjiangis nisukoorte mördiplokkidest komposiitseina, kus mördiplokkidesse täidetakse soojuse salvestuskihina kustutatud lubi ja õues on isolatsioonikihina laotud räbukotid. Zhao Pengi jt poolt Gansu provintsis Gobi piirkonnas projekteeritud õõnesplokkseina välisküljel on kasutatud isolatsioonikihina 100 mm paksust benseenplaati ning siseküljel soojust akumuleeriva kihina liiva ja õõnesplokktelliskivi. Katse näitab, et keskmine temperatuur talvel on öösel üle 10 ℃ ning Chai Regeneration jt kasutavad Gansu provintsis Gobi piirkonnas seina isolatsioonikihi ja soojust akumuleeriva kihina samuti liiva ja kruusa. Külmasildade vähendamiseks projekteerisid Yan Junyue jt kerge ja lihtsustatud monteeritava tagaseina, mis mitte ainult ei parandanud seina soojapidavust, vaid parandas ka seina tihendavust, kleepides tagaseina välisküljele polüstüreenplaadi; Wu Letian jt paigaldasid kasvuhoone seina vundamendi kohale raudbetoonist rõngastala ja kasutasid tagumise katuse toetamiseks trapetsikujulist telliskivitemplit vahetult rõngastala kohal, mis lahendas probleemi, et Hotiani (Xinjiang) kasvuhoonetes on praod ja vundamendi vajumine kergesti tekkivad, mis mõjutavad kasvuhoonete soojusisolatsiooni.

02 Valige sobivad soojust salvestavad ja isolatsioonimaterjalid.

Seina soojust salvestav ja isoleeriv toime sõltub eelkõige materjalide valikust. Loode-kõrbes, Gobis, liivasel maal ja muudes piirkondades võtsid teadlased vastavalt kohapealsetele tingimustele kasutusele kohalikke materjale ja tegid julgeid katseid projekteerida mitmesuguseid päikesekasvuhoonete tagaseinu. Näiteks kui Zhang Guosen ja teised ehitasid Gansu liiva- ja kruusaväljadele kasvuhooneid, kasutati seinte soojust salvestavate ja isolatsioonikihtidena liiva ja kruusa. Gobi ja Loode-Hiina kõrbe iseärasuste kohaselt projekteeris Zhao Peng õõnesplokkseina, mille materjalideks olid liivakivi ja õõnesplokk. Katse näitas, et keskmine öine sisetemperatuur on üle 10 ℃. Arvestades ehitusmaterjalide, näiteks telliste ja savi nappust Loode-Hiina Gobi piirkonnas, leidsid Zhou Changji ja teised, et kohalikud kasvuhooned kasutavad Xinjiangi Kizilsu Kirgizi Gobi piirkonnas päikesekasvuhoonete uurimisel tavaliselt seinamaterjalina veeriseid. Arvestades veeriste soojusomadusi ja mehaanilist tugevust, on veerisest ehitatud kasvuhoonel head omadused soojuse säilitamise, soojuse salvestamise ja kandevõime osas. Samamoodi kasutavad Zhang Yong jt seina põhimaterjalina veeriseid ning projekteerivad Shanxis ja mujal iseseisva soojust salvestava veerisest tagaseina. Katsed näitavad head soojuse salvestamise efekti. Zhang jt projekteerisid Loode-Gobi piirkonna eripäradele vastava liivakivist seina, mis suudab tõsta sisetemperatuuri 2,5 ℃ võrra. Lisaks testisid Ma Yuehong jt Hotianis, Xinjiangis plokkidega täidetud liivseina, plokkseina ja telliskiviseina soojuse salvestamise võimet. Tulemused näitasid, et plokkidega täidetud liivseinal oli suurim soojuse salvestamise võime. Lisaks sellele arendavad teadlased seina soojuse salvestamise võime parandamiseks aktiivselt uusi soojuse salvestamise materjale ja tehnoloogiaid. Näiteks pakkus Bao Encai välja faasimuutusmeetodil põhineva kõvendimaterjali, mida saab kasutada päikesekasvuhoone tagaseina soojuse salvestamise võime parandamiseks Loode-osa harimatutel aladel. Kohalike materjalide uurimise käigus kasutatakse seinamaterjalidena ka heinakuhja, räbu, benseenplaati ja õlgi, kuid neil materjalidel on tavaliselt ainult soojuse säilitamise funktsioon ja neil puudub soojuse salvestamise võime. Üldiselt on kruusa ja plokkidega täidetud seintel hea soojussalvestus- ja isolatsioonivõime.

03 Suurendage seina paksust sobivalt

Tavaliselt on soojapidavus seina soojusisolatsiooni toimivuse mõõtmisel oluline näitaja ning lisaks materjali soojusjuhtivusele on soojapidavust mõjutavaks teguriks ka materjali kihi paksus. Seega, valides sobivaid soojusisolatsioonimaterjale, saab seina paksuse asjakohase suurendamisega suurendada seina üldist soojapidavust ja vähendada soojuskadu läbi seina, suurendades seeläbi seina ja kogu kasvuhoone soojusisolatsiooni ja soojuse salvestusvõimet. Näiteks Gansus ja teistes piirkondades on Zhangye linnas liivakottmüüri keskmine paksus 2,6 m, samas kui Jiuquani linnas on mördmüüri paksus 3,7 m. Mida paksem on sein, seda suurem on selle soojusisolatsioon ja soojuse salvestusvõime. Liiga paksud seinad suurendavad aga maakasutust ja kasvuhoone ehituskulusid. Seetõttu peaksime soojusisolatsioonivõime parandamise seisukohast eelistama valida ka madala soojusjuhtivusega kõrge soojusisolatsiooniga materjale, nagu polüstüreen, polüuretaan ja muud materjalid, ning seejärel paksust vastavalt suurendada.

Tagumise katuse mõistlik disain

Tagumise katuse projekteerimisel on peamine eesmärk vältida varjutamise mõju ja parandada soojusisolatsioonivõimet. Varjutamise mõju vähendamiseks tagakatusele põhineb selle kaldenurga seadistamine peamiselt asjaolul, et tagakatus saaks päevasel ajal, kui põllukultuure istutatakse ja kasvatatakse, otsest päikesevalgust. Seetõttu valitakse tagakatuse kõrgusnurk üldiselt paremaks kui talvise pööripäeva kohalik päikesekõrgusnurk, mis on 7°–8°. Näiteks Zhang Caihong ja teised arvavad, et päikesekasvuhoonete ehitamisel Gobi ja Xinjiangi soolase-leeliselise maa piirkondadesse on tagakatuse projekteeritud pikkus 1,6 m, seega on tagakatuse kaldenurk Lõuna-Xinjiangis 40° ja Põhja-Xinjiangis 45°. Chen Wei-Qian ja teised arvavad, et Jiuquani Gobi piirkonna päikesekasvuhoone tagumine katus peaks olema 40° nurga all. Tagumise katuse soojusisolatsiooni puhul tuleks soojusisolatsioonivõime tagada peamiselt soojusisolatsioonimaterjalide valiku, vajaliku paksuse projekteerimise ja soojusisolatsioonimaterjalide mõistliku kattuvuse abil ehituse ajal.

Vähendage mulla soojuskadu

Talveööl, kuna siseruumides oleva pinnase temperatuur on kõrgem kui välistingimustes oleva pinnase temperatuur, kandub siseruumides oleva pinnase soojus soojusjuhtivuse teel väliskeskkonda, põhjustades kasvuhoone soojuse kadu. Pinnase soojuskadu vähendamiseks on mitu võimalust.

01 pinnase isolatsioon

Maapind vajub korralikult sisse, vältides külmunud mullakihti ja kasutades mulda soojuse säilitamiseks. Näiteks Chai Regenerationi ja Hexi koridori harimata maa-alade poolt välja töötatud „1448 kolme materjali ühe kehaga“ päikesekasvuhoone ehitati 1 m sügavusele kaevamise teel, vältides tõhusalt külmunud mullakihti; kuna Turpani piirkonnas on külmunud mulla sügavus 0,8 m, soovitasid Wang Huamin ja teised kaevata 0,8 m sügavusele, et parandada kasvuhoone soojusisolatsiooni võimet. Kui Zhang Guosen jt ehitasid kahekordse kaarega kahekordse kilega kaevatava päikesekasvuhoone tagaseina harimatule maale, oli kaevamissügavus 1 m. Katse näitas, et madalaim temperatuur öösel oli 2–3 ℃ kõrgem võrreldes traditsioonilise teise põlvkonna päikesekasvuhoonega.

02 vundamendi külmakaitse

Peamine meetod on kaevata külmakindel kraav mööda esikatuse vundamendiosa, täita see soojusisolatsioonimaterjalidega või matta soojusisolatsioonimaterjale pidevalt maa alla mööda vundamendiseina osa, mille eesmärk on vähendada soojuskadu, mis tekib soojusülekande tõttu läbi pinnase kasvuhoone ääreosas. Kasutatavad soojusisolatsioonimaterjalid põhinevad peamiselt Loode-Hiina kohalikel tingimustel ja neid saab kohapeal hankida, näiteks hein, räbu, kivivill, polüstüreenplaat, maisipõhud, hobusesõnnik, langenud lehed, murtud rohi, saepuru, umbrohi, õled jne.

03 multšikile

Kilega katmine võimaldab päikesevalgusel päeval läbi kile pinnasesse jõuda ning pinnas neelab päikesesoojuse ja soojeneb. Lisaks blokeerib kile pinnasest peegelduva pikalainelise kiirguse, vähendades seeläbi pinnase kiirguskadu ja suurendades pinnase soojuse salvestamist. Öösel takistab kile pinnase ja siseõhu vahelist konvektiivset soojusvahetust, vähendades seeläbi pinnase soojuskadu. Samal ajal vähendab kile ka pinnase vee aurustumisest tingitud latentset soojuskadu. Wei Wenxiang kattis Qinghai platool kasvuhoone kilega ja katse näitas, et maapinna temperatuuri saab tõsta umbes 1 ℃ võrra.

Tugevdada esikatuse soojusisolatsiooni jõudlust

Kasvuhoone esikatus on peamine soojuse hajutamise pind ja kadunud soojus moodustab üle 75% kasvuhoone kogu soojuskadudest. Seega saab kasvuhoone esikatuse soojusisolatsioonivõime tugevdamisega tõhusalt vähendada esikatuse kaudu tekkivat soojuskadu ja parandada kasvuhoone talvist temperatuurikeskkonda. Praegu on esikatuse soojusisolatsioonivõime parandamiseks kolm peamist meedet.

01 Kasutusel on mitmekihiline läbipaistev kate.

Struktuuriliselt saab kasvuhoone valgust läbilaskva pinnana kasutada kahe- või kolmekihilist kile, mis parandab tõhusalt kasvuhoone soojusisolatsiooni. Näiteks Zhang Guosen ja teised projekteerisid Jiuquani linna Gobi piirkonda kahekordse kaarega kahekordse kilega kaevamistüüpi päikesekasvuhoone. Kasvuhoone esikatuse väliskülg on valmistatud EVA-kilest ja sisekülg PVC tilkumiskindlast vananemisvastasest kilest. Katsed näitavad, et võrreldes traditsioonilise teise põlvkonna päikesekasvuhoonega on soojusisolatsiooni efekt silmapaistev ja madalaim temperatuur öösel tõuseb keskmiselt 2–3 ℃. Samamoodi projekteerisid Zhang Jingshe jt kõrge laiuskraadi ja väga külmade piirkondade kliimatingimuste jaoks päikesekasvuhoone, millel on kahekordne kilekate, mis parandas oluliselt kasvuhoone soojusisolatsiooni. Võrreldes kontrollkasvuhoonega tõusis öine temperatuur 3 ℃. Lisaks proovisid Wu Letian ja teised Hetiani kõrbepiirkonda Xinjiangi projekteeritud päikesekasvuhoone esikatusel kasutada kolme kihti 0,1 mm paksust EVA-kilet. Mitmekihiline kile võib tõhusalt vähendada esikatuse soojuskadu, kuid kuna ühekihilise kile valguse läbilaskvus on põhimõtteliselt umbes 90%, vähendab mitmekihiline kile loomulikult valguse läbilaskvust. Seetõttu tuleb mitmekihilise valguse läbilaskvusega katte valimisel arvestada kasvuhoonete valgustustingimuste ja valgustusnõuetega.

02 Tugevdage esikatuse öist isolatsiooni

Esikatusel kasutatakse päevase valguse läbilaskvuse suurendamiseks plastkilet ja öösel muutub see kogu kasvuhoone nõrgimaks kohaks. Seetõttu on päikesekasvuhoonete puhul vajalik soojusisolatsioonimeede esikatuse välispinna katmine paksu komposiitmaterjalist soojusisolatsioonitekiga. Näiteks Qinghai mägipiirkonnas kasutasid Liu Yanjie ja teised katsetes soojusisolatsioonitekkidena õlgkardinaid ja jõupaberit. Katsetulemused näitasid, et kasvuhoone madalaim sisetemperatuur öösel võib ulatuda üle 7,7 ℃. Lisaks usub Wei Wenxiang, et kasvuhoone soojuskadu saab vähendada enam kui 90%, kasutades selles piirkonnas soojusisolatsiooniks kahekordseid murukardinaid või jõupaberist välismurukardinaid. Lisaks kasutasid Zou Ping jt Xinjiangi Gobi piirkonna päikesekasvuhoones taaskasutatud kiust nõelvildist soojusisolatsioonitekki ja Chang Meimei jt kasutasid Hexi koridori Gobi piirkonna päikesekasvuhoones soojusisolatsiooni sandwich-puuvillast soojusisolatsioonitekki. Praegu kasutatakse päikesekasvuhoonetes mitmesuguseid soojusisolatsioonitekke, kuid enamik neist on valmistatud nõelvildist, liimiga pihustatud puuvillast, pärlpuuvillast jne, millel on mõlemal küljel veekindlad või vananemisvastased pinnakihid. Soojusisolatsiooniteki soojusisolatsioonimehhanismi kohaselt tuleks selle soojusisolatsiooniomaduste parandamiseks alustada selle soojustakistuse parandamisest ja soojusülekandeteguri vähendamisest ning peamised meetmed on materjalide soojusjuhtivuse vähendamine, materjalikihtide paksuse suurendamine või materjalikihtide arvu suurendamine jne. Seetõttu on praegu kõrge soojusisolatsiooniomadusega soojusisolatsiooniteki põhimaterjal sageli valmistatud mitmekihilistest komposiitmaterjalidest. Testi kohaselt võib kõrge soojusisolatsiooniomadusega soojusisolatsiooniteki soojusülekandetegur praegu ulatuda 0,5 W/(m2℃), mis tagab kasvuhoonete soojusisolatsiooni parema garantii külmades piirkondades talvel. Loodepiirkond on muidugi tuuline ja tolmune ning ultraviolettkiirgus on tugev, seega peaks soojusisolatsiooni pinnakihil olema hea vananemisvastane toime.

03 Lisage sisemine soojusisolatsioonikardin.

Kuigi päikesevalgusega kasvuhoone esikatus on öösel kaetud välise soojusisolatsioonitekiga, on esikatus öösel kogu kasvuhoone jaoks siiski nõrk koht, mis puudutab kogu kasvuhoone teisi konstruktsioone. Seetõttu kavandas projektimeeskond „Kasvuhoone konstruktsioon ja ehitustehnoloogia Loode-Inglismaa mitteharitaval maal“ lihtsa sisemise soojusisolatsiooni rullsüsteemi (joonis 1), mille konstruktsioon koosneb fikseeritud sisemisest soojusisolatsioonikardinast esijala juures ja liigutatavast sisemisest soojusisolatsioonikardinast ülemises ruumis. Ülemine liigutatav soojusisolatsioonikardin avatakse ja volditakse päeval kasvuhoone tagaseina juures, mis ei mõjuta kasvuhoone valgustust; alumine fikseeritud soojusisolatsioonitekk täidab öise tihenduse rolli. Sisemine isolatsiooni disain on puhas ja hõlpsasti kasutatav ning suvel võib see varjutada ja jahutada.

Aktiivne soojenemistehnoloogia

Kuna Loode-Hiinas on talvine temperatuur madal, siis kui loodame ainult kasvuhoonetes soojuse säilitamisele ja salvestamisele, ei suuda me külma ilmaga ikkagi rahuldada põllukultuuride talvitumise vajadusi, seega on oluline võtta kasutusele ka aktiivsed soojenemise meetmed.

Päikeseenergia salvestamise ja soojuse vabastamise süsteem

See on oluline põhjus, miks sein täidab soojuse säilitamise, soojuse salvestamise ja koormuse kandmise funktsioone, mis viib päikesekasvuhoonete kõrgete ehituskulude ja madala maakasutuse määrani. Seetõttu on päikesekasvuhoonete lihtsustamine ja kokkupanek tulevikus kindlasti oluline arengusuund. Nende hulgas on seina funktsiooni lihtsustamine seina soojuse salvestamise ja vabastamise funktsiooni vabastamine, nii et tagasein kannab ainult soojuse säilitamise funktsiooni, mis on tõhus viis arenduse lihtsustamiseks. Näiteks Fang Hui aktiivset soojuse salvestamise ja vabastamise süsteemi (joonis 2) kasutatakse laialdaselt harimata piirkondades, nagu Gansu, Ningxia ja Xinjiang. Selle soojuskogumisseade riputatakse põhjaseinale. Päeval salvestub soojuse kogumisseadme poolt kogutud soojus soojussalvestuskehas soojussalvestuskeskkonna ringluse kaudu ning öösel vabaneb ja soojeneb soojussalvestuskeskkonna ringluse abil, realiseerides seega soojusülekande ajas ja ruumis. Katsed näitavad, et selle seadme abil saab kasvuhoone minimaalset temperatuuri tõsta 3–5 ℃ võrra. Wang Zhiwei jt pakkusid välja Lõuna-Xinjiangi kõrbepiirkonna päikeseenergial töötava kasvuhoone veekardina küttesüsteemi, mis võib öösel kasvuhoone temperatuuri tõsta 2,1 ℃ võrra.

Lisaks kavandasid Bao Encai jt põhjaseina jaoks aktiivse soojust salvestava tsirkulatsioonisüsteemi. Päeval voolab siseruumides olev soe õhk aksiaalventilaatorite ringluse kaudu läbi põhjaseina sisseehitatud soojusülekandekanali ning soojusülekandekanal vahetab soojust seina sees oleva soojust salvestava kihiga, mis parandab oluliselt seina soojussalvestusvõimet. Lisaks salvestab Yan Yantao jt projekteeritud päikeseenergia faasimuutusega soojuse salvestussüsteem päeval soojust faasimuutusmaterjalides päikesekollektorite kaudu ja seejärel hajutab soojuse öösel õhuringluse kaudu siseõhku, mis võib öösel keskmist temperatuuri tõsta 2,0 ℃ võrra. Ülaltoodud päikeseenergia kasutamise tehnoloogiad ja seadmed on ökonoomsed, energiasäästlikud ja vähese süsinikuheitega. Pärast optimeerimist ja täiustamist peaksid neil olema head rakendusvõimalused Loode-Hiina rikkalike päikeseenergiaressurssidega piirkondades.

Muud lisaküttetehnoloogiad

01 biomassienergia kütmine

Allapanu, õled, lehmasõnnik, lambasõnnik ja linnusõnnik segatakse bioloogiliste bakteritega ja maetakse kasvuhoones mulda. Käärimisprotsessi käigus tekib palju soojust ning palju kasulikke tüvesid, orgaanilist ainet ja CO2. Kasulikud tüved võivad pärssida ja hävitada mitmesuguseid mikroobe ning vähendada kasvuhoonehaiguste ja kahjurite esinemist; orgaaniline aine võib olla põllukultuuride väetiseks; toodetud CO2 võib parandada põllukultuuride fotosünteesi. Näiteks mattis Wei Wenxiang Qinghai platoo päikesekasvuhoones sisemulda kuuma orgaanilist väetist, nagu hobuse-, lehmasõnnik ja lambasõnnik, mis tõstis tõhusalt maapinna temperatuuri. Gansu kõrbepiirkonna päikesekasvuhoones kasutas Zhou Zhilong põllukultuuride vaheliseks kääritamiseks õlgi ja orgaanilist väetist. Katse näitas, et kasvuhoone temperatuuri oli võimalik tõsta 2–3 ℃ võrra.

02 söekütte

Seal on tehispliidid, energiasäästlikud veesoojendid ja kütteseadmed. Näiteks pärast Qinghai platool tehtud uuringut leidis Wei Wenxiang, et tehisahjukütet kasutatakse peamiselt kohapeal. Sellel küttemeetodil on eelised kiirema kuumutamise ja ilmse kuumutamise efekti osas. Kivisöe põletamisel tekivad aga kahjulikud gaasid nagu SO2, CO ja H2S, seega on vaja kahjulikke gaase korralikult eemaldada.

03 elektriküte

Kasvuhoone esiosa kütmiseks kasutage elektrilist küttetraati või elektriradiaatorit. Kütteefekt on märkimisväärne, kasutamine on ohutu, kasvuhoones ei teki saasteaineid ja kütteseadmeid on lihtne juhtida. Chen Weiqian ja teised arvavad, et Jiuquani piirkonnas talvel esinevad külmakahjustused takistavad kohaliku Gobi põllumajanduse arengut ning kasvuhoone kütmiseks saab kasutada elektrilisi kütteelemente. Kvaliteetsete elektrienergiaallikate kasutamise tõttu on aga energiatarve suur ja kulud kõrged. Soovitatav on seda kasutada ajutise avariiküttevahendina äärmise külma ilmaga.

Keskkonnajuhtimise meetmed

Kasvuhoonete tootmise ja kasutamise käigus ei saa kogu varustus ja tavapärane töö tõhusalt tagada, et nende termiline keskkond vastaks projekteerimisnõuetele. Tegelikult mängivad seadmete kasutamine ja haldamine sageli võtmerolli termilise keskkonna kujunemisel ja säilitamisel, millest kõige olulisem on soojusisolatsioonikihi ja ventilatsiooniava igapäevane haldamine.

Soojusisolatsiooniteki haldamine

Soojusisolatsioonitekk on esikatuse öise soojusisolatsiooni võti, seega on äärmiselt oluline selle igapäevast haldamist ja hooldust täiustada, eriti tuleks pöörata tähelepanu järgmistele probleemidele: 1 Valige soojusisolatsiooniteki sobiv avamis- ja sulgemisaeg. Soojusisolatsiooniteki avamis- ja sulgemisaeg mõjutab mitte ainult kasvuhoone valgustusaega, vaid ka kasvuhoone kütteprotsessi. Soojusisolatsiooniteki liiga vara või liiga hilja avamine ja sulgemine ei soodusta soojuse kogumist. Hommikul, kui tekk avatakse liiga vara, langeb sisetemperatuur madala välistemperatuuri ja nõrga valguse tõttu liiga palju. Vastupidi, kui tekk avatakse liiga hilja, lüheneb valguse vastuvõtmise aeg kasvuhoones ja sisetemperatuuri tõusuaeg lükkub edasi. Pärastlõunal, kui soojusisolatsioonitekk lülitatakse liiga vara välja, lüheneb siseruumides viibimise aeg ja väheneb sisepinnase ja seinte soojuse salvestamine. Vastupidi, kui soojuse säilitamine lülitatakse liiga hilja välja, suureneb kasvuhoone soojuse hajumine madala välistemperatuuri ja nõrga valguse tõttu. Seega on üldiselt soovitatav, et temperatuur tõuseks hommikul pärast soojusisolatsiooniteki pealepanekut 1–2 ℃ languse järel, väljalülitamisel aga pärast 1–2 ℃ languse järel. ② Soojusisolatsiooniteki sulgemisel pöörake tähelepanu sellele, kas soojusisolatsioonitekk katab tihedalt kõik esikatused, ja vajadusel reguleerige neid. ③ Pärast soojusisolatsiooniteki täielikku paigaldamist kontrollige, kas alumine osa on tihendatud, et öine tuul ei kahjustaks soojuse säilitamise efekti. ④ Kontrollige ja hooldage soojusisolatsiooniteki õigeaegselt, eriti kui soojusisolatsioonitekk on kahjustatud, parandage või vahetage see õigeaegselt välja. ⑤ Pöörake õigeaegselt tähelepanu ilmastikutingimustele. Vihma või lume korral katke soojusisolatsioonitekk õigeaegselt kinni ja eemaldage lumi õigeaegselt.

Ventilatsiooniavade haldamine

Talvise ventilatsiooni eesmärk on reguleerida õhutemperatuuri, et vältida keskpäevast ülekuumenemist; teiseks on siseruumides niiskuse eemaldamine, kasvuhoone õhuniiskuse vähendamine ning kahjurite ja haiguste tõrje; kolmandaks on siseruumides CO2 kontsentratsiooni suurendamine ja põllukultuuride kasvu soodustamine. Ventilatsioon ja soojuse säilitamine on aga vastuolulised. Kui ventilatsiooni ei juhita korralikult, põhjustab see tõenäoliselt madala temperatuuri probleeme. Seetõttu tuleb ventilatsiooniavade avamise aega ja kestust dünaamiliselt reguleerida vastavalt kasvuhoone keskkonnatingimustele igal ajahetkel. Loodeosas asuvates harimata piirkondades jaguneb kasvuhoonete ventilatsiooniavade haldamine peamiselt kaheks: käsitsi juhtimine ja lihtne mehaaniline ventilatsioon. Ventilatsiooniavade avamisaeg ja ventilatsiooniaeg põhinevad aga peamiselt inimeste subjektiivsel hinnangul, seega võib juhtuda, et ventilatsiooniavad avatakse liiga vara või liiga hilja. Eeltoodud probleemide lahendamiseks on Yin Yilei jt kavandanud katusele paigaldatava intelligentse ventilatsiooniseadme, mis suudab määrata ventilatsiooniavade avamisaja ning avamis- ja sulgemissuuruse vastavalt sisekeskkonna muutustele. Keskkonnamuutuste ja põllukultuuride nõudluse seaduspärasuste uurimise süvenemise ning selliste tehnoloogiate ja seadmete nagu keskkonnataju, teabe kogumise, analüüsi ja juhtimise populariseerimise ja arenguga peaks päikesekasvuhoonete ventilatsiooni juhtimise automatiseerimine olema tulevikus oluline arengusuund.

Muud majandamismeetmed

Erinevat tüüpi kilede kasutamisel väheneb nende valguse läbilaskvus järk-järgult ning nõrgenemise kiirus ei ole seotud mitte ainult kile füüsikaliste omadustega, vaid ka ümbritseva keskkonna ja kasutamise ajal toimuva haldamisega. Kasutamise käigus on valguse läbilaskvuse langust põhjustav kõige olulisem tegur kile pinna saastumine. Seetõttu on äärmiselt oluline regulaarselt puhastada ja vajadusel puhastada kile pinda. Lisaks tuleks regulaarselt kontrollida kasvuhoone ümbruse konstruktsiooni. Kui seinas ja esikatuses on leke, tuleks see õigeaegselt parandada, et vältida külma õhu sissetungimist kasvuhoonesse.

Olemasolevad probleemid ja arengusuund

Teadlased on aastaid uurinud ja uurinud kasvuhoonete soojuse säilitamise ja salvestamise tehnoloogiat, majandamistehnoloogiat ja kütmismeetodeid Loode-Hiina harimatutes piirkondades, mille tulemusel on põhimõtteliselt saavutatud köögiviljade talvitumine, oluliselt paranenud kasvuhoonete vastupidavus madala temperatuuriga külmakahjustustele ning saavutatud köögiviljade talvitumine. See on andnud ajaloolise panuse toidu ja köögiviljade maa pärast konkureerimise vahelise vastuolu leevendamisse Hiinas. Siiski on Loode-Hiina temperatuuri tagamise tehnoloogias endiselt järgmised probleemid.

Uuendatavate kasvuhoonete tüübid

Praegu on levinud kasvuhoonete tüübid endiselt 20. sajandi lõpus ja selle sajandi alguses ehitatud, lihtsa konstruktsiooniga, ebamõistliku disainiga, kehva võimega säilitada kasvuhoone termilist keskkonda ja loodusõnnetustele vastu pidada ning standardiseerimise puudumisega. Seetõttu tuleks tulevaste kasvuhoonete projekteerimisel standardiseerida esikatuse kuju ja kalle, kasvuhoone asimuudinurk, tagaseina kõrgus, kasvuhoone süvistussügavus jne, võttes täielikult arvesse kohalikke geograafilisi laiuskraade ja kliimaomadusi. Samal ajal võib kasvuhoones võimalikult palju istutada ainult ühte põllukultuuri, et standardiseeritud kasvuhoonete sobitamist saaks teostada vastavalt istutatavate põllukultuuride valguse- ja temperatuurivajadustele.

Kasvuhoone ulatus on suhteliselt väike.

Kui kasvuhoone mastaap on liiga väike, mõjutab see kasvuhoone termilise keskkonna stabiilsust ja mehhaniseerimise arengut. Tööjõukulude järkjärgulise suurenemisega on mehhaniseerimise areng tulevikus oluline suund. Seetõttu peaksime tulevikus lähtuma kohalikust arengutasemest, arvestama mehhaniseerimise arengu vajadustega, ratsionaalselt kujundama kasvuhoonete siseruumi ja paigutust, kiirendama kohalikele piirkondadele sobiva põllumajandustehnika uurimis- ja arendustegevust ning parandama kasvuhoonete tootmise mehhaniseerimise määra. Samal ajal tuleks vastavalt põllukultuuride ja kasvatusmustrite vajadustele kohandada asjakohaseid seadmeid standarditele ning edendada ventilatsiooni-, niiskuse vähendamise, soojuse säilitamise ja kütteseadmete integreeritud uurimis- ja arendustegevust, innovatsiooni ja populariseerimist.

Selliste seinte nagu liiv- ja õõnesplokkide paksus on endiselt paks.

Kui sein on liiga paks, vähendab see isegi hea isolatsiooniefekti tõttu pinnase kasutamise määra, suurendab ehituskulusid ja -raskusi. Seetõttu saab tulevikus seina paksust teaduslikult optimeerida vastavalt kohalikele kliimatingimustele; teisest küljest peaksime edendama tagaseina kergemat ja lihtsustatud arendust, nii et kasvuhoone tagasein säilitaks ainult soojuse säilitamise funktsiooni, ning kasutama päikesekollektoreid ja muid seadmeid seina soojuse salvestamise ja vabastamise asendamiseks. Päikesekollektoritel on kõrge soojuse kogumise efektiivsus, tugev soojuse kogumise võime, energiasäästlikkus, madal süsinikuheide jne ning enamik neist suudab realiseerida aktiivset reguleerimist ja juhtimist ning teostada sihipärast eksotermilist kütmist vastavalt kasvuhoone keskkonnanõuetele öösel, tagades suurema soojuse kasutamise efektiivsuse.

On vaja välja töötada spetsiaalne soojusisolatsioonikiht.

Kasvuhoones on peamine soojuse hajumise koht esikatus ning soojusisolatsiooniteki soojusisolatsiooniomadused mõjutavad otseselt siseruumide soojuskeskkonda. Praegu ei ole kasvuhoone temperatuurikeskkond mõnes piirkonnas hea, osaliselt seetõttu, et soojusisolatsioonitekk on liiga õhuke ja materjalide soojusisolatsiooniomadused on ebapiisavad. Samal ajal on soojusisolatsioonitekil endiselt mõningaid probleeme, näiteks halb veekindlus ja libisemiskindlus, pinna- ja südamikmaterjalide kerge vananemine jne. Seetõttu tuleks tulevikus valida sobivad soojusisolatsioonimaterjalid vastavalt kohalikele kliimatingimustele ja nõuetele ning kavandada ja arendada spetsiaalseid soojusisolatsiooniteki tooteid, mis sobivad kohalikuks kasutamiseks ja levitamiseks.

LÕPP

Viidatud teave

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi jt. Päikesekasvuhoonete keskkonnatemperatuuri tagamise tehnoloogia uurimisseisund Loode-Inglismaa harimatutel maadel [J]. Põllumajanduse tehnika tehnoloogia, 2022,42(28):12-20.