Li Jianming, Sun Guotao stb.Üvegházhatású kertészeti mezőgazdasági mérnöki technológia2022-11-21 17:42 Megjelent Pekingben

Az elmúlt években az üvegházipar erőteljesen fejlődött. Az üvegházak fejlesztése nemcsak a földhasználati arányt és a mezőgazdasági termékek kibocsátási arányát javítja, hanem megoldja a gyümölcsök és zöldségek szezonon kívüli ellátási problémáját is. Az üvegházak azonban példátlan kihívásokkal is szembesültek. Az eredeti létesítmények, fűtési módszerek és szerkezeti formák ellenállóvá váltak a környezettel és a fejlesztésekkel szemben. Sürgősen új anyagokra és új tervekre van szükség az üvegházak szerkezetének megváltoztatásához, és sürgősen új energiaforrásokra van szükség az energiatakarékosság és a környezetvédelem céljainak eléréséhez, valamint a termelés és a jövedelem növeléséhez.

Ez a cikk az „új energia, új anyagok, új formatervezés az üvegházak új forradalmának elősegítésére” témáját tárgyalja, beleértve a napenergia, a biomassza-energia, a geotermikus energia és más új energiaforrások kutatását és innovációját az üvegházakban, az új anyagok kutatását és alkalmazását burkolatokhoz, hőszigeteléshez, falakhoz és egyéb berendezésekhez, valamint az új energia, az új anyagok és az új formatervezés jövőbeli kilátásait és gondolkodásmódját az üvegházak reformjának elősegítése érdekében, hogy referenciaként szolgáljon az iparág számára.

A létesítménygazdálkodás fejlesztése politikai követelmény és elkerülhetetlen választás a fontos utasítások szellemének és a központi kormányzat döntéshozatalának végrehajtásához. 2020-ban Kína védett mezőgazdasági területe összesen 2,8 millió hm2 lesz, a termelési érték pedig meghaladja az 1 billió jüant. Az üvegházak termelési kapacitásának javítása fontos módja az üvegházak világításának és hőszigetelési teljesítményének javítása új energiák, új anyagok és új üvegháztervezés révén. A hagyományos üvegházhatású termelésnek számos hátránya van, például a szén, a fűtőolaj és más energiaforrások, amelyeket a hagyományos üvegházak fűtésére és fűtésére használnak, nagy mennyiségű dioxid-gázt eredményeznek, ami súlyosan szennyezi a környezetet, míg a földgáz, az elektromos energia és más energiaforrások növelik az üvegházak üzemeltetési költségeit. Az üvegházfalak hagyományos hőtároló anyagai többnyire agyag és tégla, amelyek sokat fogyasztanak és súlyosan károsítják a föld erőforrásait. A hagyományos, földfallal ellátott napelemes üvegházak földhasználati hatékonysága mindössze 40% ~ 50%, a hagyományos üvegházak pedig rossz hőtároló kapacitással rendelkeznek, így nem élik át a telet, hogy meleg zöldségeket termeljenek Észak-Kínában. Ezért az üvegházhatású változások előmozdításának, vagyis az alapkutatásnak a lényege az üvegházak tervezésében, az új anyagok és az új energiaforrások kutatásában és fejlesztésében rejlik. Ez a cikk az üvegházakban használt új energiaforrások kutatására és innovációjára összpontosít, összefoglalja az új energiaforrások, például a napenergia, a biomassza-energia, a geotermikus energia, a szélenergia, valamint az új átlátszó burkolóanyagok, hőszigetelő anyagok és falanyagok kutatási helyzetét az üvegházakban, elemzi az új energiák és anyagok alkalmazását az új üvegházak építésében, és előretekint ezek szerepére az üvegházak jövőbeli fejlesztésében és átalakításában.

Új energiaüvegházhatású épületek kutatása és innovációja

A legnagyobb mezőgazdasági hasznosítási potenciállal rendelkező zöld új energiaforrások közé tartozik a napenergia, a geotermikus energia és a biomassza-energia, vagy a különféle új energiaforrások átfogó hasznosítása, az energia hatékony felhasználása érdekében, egymás erősségeiből tanulva.

napenergia/napenergia

A napenergia-technológia egy alacsony szén-dioxid-kibocsátású, hatékony és fenntartható energiaellátási mód, és Kína stratégiai feltörekvő iparágainak fontos eleme. A jövőben elkerülhetetlen választássá válik Kína energiastruktúrájának átalakítása és korszerűsítése szempontjából. Az energiafelhasználás szempontjából maga az üvegház a napenergia hasznosítására szolgáló létesítmény. Az üvegházhatás révén a napenergia a beltérben gyűlik össze, az üvegház hőmérséklete megemelkedik, és biztosított a növények növekedéséhez szükséges hő. Az üvegházi növények fotoszintézisének fő energiaforrása a közvetlen napfény, amely a napenergia közvetlen hasznosítása.

01 Fotovoltaikus energiatermelés hőtermelésre

A fotovoltaikus energiatermelés egy olyan technológia, amely a fotovoltaikus hatás alapján közvetlenül alakítja át a fényenergiát elektromos energiává. Ennek a technológiának a kulcseleme a napelem. Amikor a napenergia sorosan vagy párhuzamosan kapcsolt napelemek tömbjére világít, a félvezető alkatrészek közvetlenül alakítják át a napsugárzás energiáját elektromos energiává. A fotovoltaikus technológia képes közvetlenül átalakítani a fényenergiát elektromos energiává, akkumulátorokban tárolni az elektromos áramot, és éjszaka fűteni az üvegházat, de magas költségei korlátozzák a további fejlesztését. A kutatócsoport kifejlesztett egy fotovoltaikus grafén fűtőberendezést, amely rugalmas fotovoltaikus panelekből, egy univerzális fordított szabályozó gépből, egy akkumulátorból és egy grafén fűtőrudat tartalmaz. Az ültetési sor hosszától függően a grafén fűtőrudat a szubsztrátzsák alá temetik. Napközben a fotovoltaikus panelek elnyelik a napsugárzást, elektromos áramot termelnek, és azt az akkumulátorban tárolják, majd az elektromos áramot éjszaka a grafén fűtőruda számára bocsátják ki. A tényleges mérés során a hőmérséklet-szabályozási mód 17℃-ról indul és 19℃-ra zárul. Éjszakai üzemmódban (a második napon 20:00-08:00 között) 8 órán át működtetve egyetlen növénysor fűtésének energiafogyasztása 1,24 kW·h, a táptalajzsák átlagos éjszakai hőmérséklete pedig 19,2℃, ami 3,5 ~ 5,3℃-kal magasabb, mint a kontrollcsoporté. Ez a fűtési módszer a fotovoltaikus energiatermeléssel kombinálva megoldja az üvegházak téli fűtésének magas energiafogyasztásával és magas szennyezésével kapcsolatos problémákat.

02 fototermikus átalakítás és hasznosítás

A napenergia fototermikus átalakítása egy speciális napfénygyűjtő felület használatát jelenti, amely fototermikus konverziós anyagokból készül, hogy a lehető legtöbb rásugárzott napenergiát összegyűjtse és elnyelje, majd hőenergiává alakítsa. A fotovoltaikus napelemes alkalmazásokhoz képest a napenergia fototermikus alkalmazásai növelik a közeli infravörös sáv elnyelését, így nagyobb a napfény energiafelhasználási hatékonysága, alacsonyabbak a költségek és fejlettebb technológiát alkalmaznak, valamint a napenergia hasznosításának legszélesebb körben elterjedt módja.

Kínában a fototermikus átalakítás és hasznosítás legfejlettebb technológiája a napkollektor, amelynek központi eleme a szelektív abszorpciós bevonattal ellátott hőelnyelő lemezmag, amely a fedőlemezen áthaladó napsugárzási energiát hőenergiává alakítja, és továbbítja a hőelnyelő munkaközegnek. A napkollektorok két kategóriába sorolhatók aszerint, hogy van-e vákuumtér a kollektorban vagy sem: síkkollektorok és vákuumcsöves napkollektorok; koncentráló napkollektorok és nem koncentráló napkollektorok aszerint, hogy a napfény beeső nyílásánál a napsugárzás iránya megváltozik-e; valamint folyékony napkollektorok és levegős napkollektorok a hőátadó munkaközeg típusa szerint.

Az üvegházakban a napenergia hasznosítása főként különféle napkollektorok segítségével történik. A marokkói Ibn Zor Egyetem egy aktív napenergia-fűtő rendszert (ASHS) fejlesztett ki az üvegházak fűtésére, amely télen akár 55%-kal is növelheti a paradicsom teljes termelését. A Kínai Mezőgazdasági Egyetem egy felületi hűtő-ventilátoros gyűjtő-elvezető rendszert tervezett és fejlesztett, amelynek hőgyűjtő kapacitása 390,6～693,0 MJ, és felvetette a hőgyűjtési folyamat és a hőtárolási folyamat hőszivattyúval történő szétválasztásának ötletét. Az olaszországi Bari Egyetem egy poligenerációs üvegházfűtési rendszert fejlesztett ki, amely egy napenergia-rendszerből és egy levegő-víz hőszivattyúból áll, és a levegő hőmérsékletét 3,6%-kal, a talaj hőmérsékletét pedig 92%-kal növelheti. A kutatócsoport egyfajta változtatható dőlésszögű aktív napenergia-hőgyűjtő berendezést fejlesztett ki napelemes üvegházakhoz, valamint egy támogató hőtároló eszközt az üvegház vízfelületéhez az időjárás függvényében. A változtatható dőlésszögű aktív napenergia-hőgyűjtő technológia áttöri a hagyományos üvegházi hőgyűjtő berendezések korlátait, mint például a korlátozott hőgyűjtő kapacitás, az árnyékolás és a művelt földterületek elfoglalása. A napelemes üvegház speciális üvegházszerkezetének használatával az üvegház nem növénytermesztő területe teljes mértékben kihasználható, ami jelentősen javítja az üvegház térkihasználásának hatékonyságát. Tipikus napsütéses munkakörülmények között a változtatható dőlésszögű aktív napenergia-gyűjtő rendszer eléri az 1,9 MJ/(m2h) teljesítményt, az energiafelhasználási hatékonyság 85,1%, az energiamegtakarítási arány pedig 77%. Az üvegház hőtároló technológiájában a többfázisú hőtároló szerkezetet állítják be, növelik a hőtároló berendezés hőtároló kapacitását, és lassú hőleadást valósítanak meg a berendezésből, így hatékonyan felhasználható az üvegház napelemes hőgyűjtő berendezése által összegyűjtött hő.

biomassza energia

Egy új létesítményszerkezet épül a biomassza hőtermelő berendezés és az üvegház kombinálásával, és a biomassza nyersanyagokat, például a sertéstrágyát, a gombamaradványokat és a szalmát komposztálják hőtermelés céljából, a keletkezett hőenergiát pedig közvetlenül az üvegházba táplálják [5]. A biomassza fermentációs fűtőtartály nélküli üvegházhoz képest a fűtőüvegház hatékonyan képes növelni a talaj hőmérsékletét az üvegházban, és fenntartani a talajban termesztett növények gyökereinek megfelelő hőmérsékletét normál téli éghajlaton. Példaként véve egy egyrétegű, aszimmetrikus hőszigetelő üvegházat, amelynek fesztávolsága 17 m, hossza pedig 30 m, 8 m mezőgazdasági hulladék (paradicsomszalma és sertéstrágya keveréke) hozzáadása a beltéri fermentációs tartályba a természetes erjesztéshez a halom átforgatása nélkül 4,2℃-kal növelheti az üvegház átlagos napi hőmérsékletét télen, és az átlagos napi minimumhőmérséklet elérheti a 4,6℃-ot.

A biomassza-szabályozott fermentáció energiafelhasználása egy olyan fermentációs módszer, amely eszközöket és berendezéseket használ a fermentációs folyamat szabályozására a biomassza hőenergiájának és CO2 gázműtrágyájának gyors és hatékony felhasználása érdekében. Ezek közül a szellőzés és a nedvesség a kulcsfontosságú tényezők a biomassza fermentációs hőjének és gáztermelésének szabályozásában. Szellőztetett körülmények között a fermentációs halomban lévő aerob mikroorganizmusok oxigént használnak fel élettevékenységükhöz, és a keletkezett energia egy részét saját élettevékenységükhöz használják fel, az energia egy része pedig hőenergiaként a környezetbe kerül, ami jótékony hatással van a környezet hőmérsékletének emelkedésére. A víz részt vesz a teljes fermentációs folyamatban, biztosítja a mikrobiális tevékenységekhez szükséges oldható tápanyagokat, és ugyanakkor a halom hőjét gőz formájában a vízen keresztül szabadítja fel, így csökkentve a halom hőmérsékletét, meghosszabbítva a mikroorganizmusok élettartamát és növelve a halom tömeghőmérsékletét. A szalma-lúgozó berendezés telepítése a fermentációs tartályba télen 3 ~ 5 ℃-kal növelheti a beltéri hőmérsékletet, erősítheti a növények fotoszintézisét és 29,6%-kal növelheti a paradicsomhozamot.

Geotermikus energia

Kína gazdag geotermikus erőforrásokban. Jelenleg a mezőgazdasági létesítmények számára a geotermikus energia hasznosításának leggyakoribb módja a talajszondás hőszivattyú használata, amely kis mennyiségű, magas minőségű energia (például elektromos energia) betáplálásával képes az alacsony minőségű hőenergiát magas minőségű hőenergiává alakítani. A hagyományos üvegházfűtési megoldásoktól eltérően a talajszondás hőszivattyús fűtés nemcsak jelentős fűtőhatást ér el, hanem képes az üvegház hűtésére és a páratartalom csökkentésére is. A talajszondás hőszivattyú alkalmazásának kutatása a lakásépítés területén kiforrott. A talajszondás hőszivattyú fűtési és hűtési kapacitását befolyásoló központi elem a föld alatti hőcserélő modul, amely főként földbe süllyesztett csöveket, földalatti kutakat stb. tartalmaz. A kutatás középpontjában mindig is az állt, hogyan lehet egy kiegyensúlyozott költségű és hatású földalatti hőcserélő rendszert megtervezni. Ugyanakkor a föld alatti talajréteg hőmérsékletének változása a talajszondás hőszivattyú alkalmazása során szintén befolyásolja a hőszivattyúrendszer használati hatását. A talajszondás hőszivattyú használata az üvegház nyári hűtésére és a hőenergia tárolására a mély talajrétegben enyhítheti a föld alatti talajréteg hőmérséklet-csökkenését, és javíthatja a talajszondás hőtermelési hatékonyságát télen.

Jelenleg a talajszondás hőszivattyúk teljesítményének és hatékonyságának kutatása során a tényleges kísérleti adatokon alapuló numerikus modellt hoztak létre olyan szoftverekkel, mint a TOUGH2 és a TRNSYS, és arra a következtetésre jutottak, hogy a talajszondás hőszivattyú fűtési teljesítménye és teljesítménytényezője (COP) elérheti a 3,0 ~ 4,5 értéket, ami jó hűtési és fűtési hatással bír. A hőszivattyúrendszer működési stratégiájának kutatása során Fu Yunzhun és mások azt találták, hogy a terhelésoldali áramláshoz képest a talajszondás oldali áramlás nagyobb hatással van az egység teljesítményére és a földbe fektetett cső hőátadási teljesítményére. Az áramlási beállítás mellett az egység maximális COP-értéke elérheti a 4,17-et a 2 órás működés és 2 órás leállás üzemmód alkalmazásával; Shi Huixian és munkatársai a víztárolós hűtőrendszer szakaszos üzemmódját alkalmazták. Nyáron, amikor a hőmérséklet magas, a teljes energiaellátó rendszer COP-értéke elérheti a 3,80-at.

Mély talajhő-tárolási technológia üvegházban

Az üvegházakban a mély talajban történő hőtárolást „hőtároló banknak” is nevezik. A téli hidegkár és a nyári magas hőmérséklet a fő akadálya az üvegházi termelésnek. A mély talaj erős hőtároló kapacitására alapozva a kutatócsoport egy üvegházi földalatti mély hőtároló berendezést tervezett. A berendezés egy kétrétegű, párhuzamos hőátadó csővezeték, amely 1,5–2,5 m mélyen van eltemetve az üvegház föld alatt, levegőbemenettel az üvegház tetején és levegőkimenettel a talajon. Amikor az üvegházban magas a hőmérséklet, a beltéri levegőt egy ventilátor erővel a talajba pumpálja, hogy megvalósítsa a hőtárolást és a hőmérséklet csökkentését. Amikor az üvegház hőmérséklete alacsony, a talajból hőt vonnak ki az üvegház felmelegítésére. A termelési és alkalmazási eredmények azt mutatják, hogy a berendezés téli éjszakán 2,3℃-kal növelheti az üvegház hőmérsékletét, nyári napon 2,6℃-kal csökkentheti a beltéri hőmérsékletet, és 1500 kg-mal növelheti a paradicsomhozamot 667 m²-en.²A készülék teljes mértékben kihasználja a mély földalatti talaj „meleg télen és hűvös nyáron” és „állandó hőmérséklet” tulajdonságait, „energiabankot” biztosít az üvegház számára, és folyamatosan ellátja az üvegház hűtésének és fűtésének kiegészítő funkcióit.

Többenergia-koordináció

Két vagy több energiatípus üvegház fűtésére való felhasználása hatékonyan ellensúlyozhatja az egyetlen energiatípus hátrányait, és érvényesülhet az „egy plusz egy több, mint kettő” szuperpozíciós hatása. A geotermikus energia és a napenergia egymást kiegészítő együttműködése az elmúlt években a mezőgazdasági termelésben az új energiafelhasználás kutatási területe volt. Emmi és munkatársai egy többforrású energiarendszert vizsgáltak (1. ábra), amely fotovoltaikus-termikus hibrid napkollektorral van felszerelve. A hagyományos levegő-víz hőszivattyús rendszerhez képest a többforrású energiarendszer energiahatékonysága 16%-25%-kal javul. Zheng és munkatársai egy új típusú, kapcsolt hőtároló rendszert fejlesztettek ki, amely napenergiát és talajszondás hőszivattyút tartalmaz. A napkollektoros rendszer kiváló minőségű szezonális fűtéstárolást tesz lehetővé, azaz télen kiváló minőségű fűtést, nyáron pedig kiváló minőségű hűtést biztosít. A földcsöves hőcserélő és az időszakos hőtároló tartály is jól működik a rendszerben, és a rendszer COP-értéke elérheti a 6,96-ot.

A napenergiával kombinálva célja a kereskedelmi energiafogyasztás csökkentése és az üvegházak napenergia-ellátásának stabilitásának növelése. Wan Ya és munkatársai egy új intelligens vezérlési technológiai sémát javasoltak, amely a napenergia-termelést a kereskedelmi energiával kombinálja az üvegházak fűtésére, fényviszonyok mellett fotovoltaikus energiát használva, fényszünetben pedig kereskedelmi energiává alakítva, jelentősen csökkentve a terhelési energiahiány mértékét és a gazdasági költségeket akkumulátorok használata nélkül.

A napenergia, a biomassza-energia és az elektromos energia együttesen képes üvegházak fűtésére, ami magas fűtési hatásfokot is eredményezhet. Zhang Liangrui és mások kombinálták a napelemes vákuumcsöves hőgyűjtést a völgyi elektromos hőtároló víztartállyal. Az üvegház fűtési rendszere jó hőkomforttal rendelkezik, a rendszer átlagos fűtési hatásfoka 68,70%. Az elektromos hőtároló víztartály egy biomassza fűtővíztároló berendezés elektromos fűtéssel. A fűtési oldalon a legalacsonyabb vízhőmérsékletet állítják be, és a rendszer működési stratégiáját a napelemes hőgyűjtő rész és a biomassza-hőtároló rész víztárolási hőmérséklete határozza meg, hogy stabil fűtési hőmérsékletet érjenek el a fűtési oldalon, és maximálisan megtakarítsák az elektromos energiát és a biomassza-energiaanyagokat.

Innovatív kutatás és új üvegházhatású anyagok alkalmazása

Az üvegházak területének bővülésével egyre inkább megmutatkoznak a hagyományos üvegházhatású anyagok, például a tégla és a föld alkalmazási hátrányai. Ezért az üvegházak hőteljesítményének további javítása és a modern üvegházak fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében számos kutatás és alkalmazás folyik új átlátszó burkolóanyagok, hőszigetelő anyagok és falanyagok terén.

Új átlátszó burkolóanyagok kutatása és alkalmazása

Az üvegházak átlátszó burkolóanyagai főként műanyag fóliát, üveget, napelemeket és fotovoltaikus paneleket tartalmaznak, amelyek közül a műanyag fólia rendelkezik a legnagyobb alkalmazási területtel. A hagyományos üvegházakhoz használt PE fólia hátrányai a rövid élettartam, a nem lebomló állapot és az egyetlen funkció. Jelenleg számos új funkcionális fóliát fejlesztettek ki funkcionális reagensek vagy bevonatok hozzáadásával.

Fénykonverziós film:A fénykonverziós fólia ritkaföldfémek és nanorészecskékhez hasonló fénykonverziós ágensek segítségével megváltoztatja a fólia optikai tulajdonságait, és az ultraibolya fénytartományt vörös-narancssárga és kék-ibolya fénnyé alakíthatja, amelyekre a növények fotoszintézise szükséges, ezáltal növelve a terméshozamot és csökkentve az ultraibolya fény káros hatásait a növényekre és az üvegházhatású fóliákra a műanyag üvegházakban. Például a VTR-660 fénykonverziós ágenssel ellátott szélessávú, lilából pirosba színeződő üvegházhatású fólia jelentősen javíthatja az infravörös áteresztőképességet üvegházban alkalmazva, és a kontroll üvegházhoz képest a hektáronkénti paradicsomhozam, a C-vitamin- és a likopintartalom jelentősen, 25,71%-kal, 11,11%-kal és 33,04%-kal nőtt. Jelenleg azonban az új fénykonverziós fólia élettartamát, lebonthatóságát és költségét még tanulmányozni kell.

Szétszórt üvegAz üvegházakban alkalmazott szórt üveg egy speciális mintázatú és tükröződésmentesítő technológia az üveg felületén, amely maximalizálja a napfény szórt fénnyé alakítását és az üvegházba jutását, javítja a növények fotoszintézisének hatékonyságát és növeli a terméshozamot. A szórt üveg speciális mintázatoknak köszönhetően szórt fénnyé alakítja az üvegházba belépő fényt, és a szórt fény egyenletesebben sugározható be az üvegházba, kiküszöbölve az üvegház vázának árnyékhatását. A hagyományos úsztatott üveghez és az ultrafehér úsztatott üveghez képest a szórt üveg fényáteresztő képessége 91,5%, a hagyományos úsztatott üvegé pedig 88%. Az üvegházban a fényáteresztő képesség minden 1%-os növekedésével a terméshozam körülbelül 3%-kal növelhető, és a gyümölcsökben és zöldségekben oldott cukor és C-vitamin mennyisége is megnő. Az üvegházakban a szórt üveget először bevonattal látják el, majd edzik, és az önrobbanási arány magasabb, mint a nemzeti szabvány, elérve a 2‰-ot.

Új hőszigetelő anyagok kutatása és alkalmazása

Az üvegházakban használt hagyományos hőszigetelő anyagok főként a szalmaszőnyegek, papírtakarók, tűfilc hőszigetelő takarók stb. közé tartoznak, amelyeket főként tetők belső és külső hőszigetelésére, falszigetelésre, valamint egyes hőtároló és hőgyűjtő berendezések hőszigetelésére használnak. Legtöbbjüknek az a hibája, hogy hosszú távú használat után a belső nedvesség miatt elveszíti hőszigetelő teljesítményét. Ezért számos új, nagy hőszigetelő anyag alkalmazási területe létezik, amelyek közül az új hőszigetelő takarók, hőtároló és hőgyűjtő eszközök állnak a kutatás középpontjában.

Az új hőszigetelő anyagokat általában úgy állítják elő, hogy a felületi vízálló és öregedésálló anyagokat, például a szőtt fóliát és a bevonatos filcet bolyhos hőszigetelő anyagokkal, például permetezett pamuttal, vegyes kasmírral és gyöngyház pamuttal dolgozzák fel és keverik össze. Északkelet-Kínában teszteltek egy szőtt fóliával és permetezett pamut hőszigetelő paplant. Megállapították, hogy 500 g permetezett pamut hozzáadása egyenértékű a piacon kapható 4500 g-os fekete filc hőszigetelő paplan hőszigetelő teljesítményével. Ugyanezen körülmények között a 700 g-os permetezett pamut hőszigetelő teljesítménye 1–2 °C-kal javult az 500 g-os permetezett pamut hőszigetelő paplanhoz képest. Ugyanakkor más tanulmányok azt is kimutatták, hogy a piacon általánosan használt hőszigetelő paplanokhoz képest a permetezett pamut és a vegyes kasmír hőszigetelő paplanok hőszigetelő hatása jobb, a hőszigetelési arány 84,0%, illetve 83,3%. Amikor a legalacsonyabb kültéri hőmérséklet -24,4 °C, a beltéri hőmérséklet elérheti az 5,4, illetve 4,2 °C-ot. Az egyetlen szalmatakaró szigetelő paplanhoz képest az új kompozit szigetelő paplan könnyű súlyával, magas szigetelési sebességével, erős vízállóságával és öregedésállóságával rendelkezik, és új típusú, nagy hatékonyságú szigetelőanyagként használható napelemes üvegházakban.

Ugyanakkor az üvegházak hőgyűjtő és -tároló berendezéseinek hőszigetelő anyagaival kapcsolatos kutatások azt is megállapították, hogy azonos vastagság esetén a többrétegű kompozit hőszigetelő anyagok jobb hőszigetelő teljesítményt nyújtanak, mint az önálló anyagok. Li Jianming professzor és a Northwest A&F Egyetem csapata 22-féle üvegházhatású víztároló berendezés hőszigetelő anyagát tervezte és vizsgálta, mint például a vákuumkarton, az aerogél és a gumipamut, és megmérte azok hőtulajdonságait. Az eredmények azt mutatták, hogy a 80 mm-es hőszigetelő bevonat + aerogél + gumi-műanyag hőszigetelő pamut kompozit szigetelőanyag időegységenként 0,367 MJ-val csökkentette a hőelvezetést a 80 mm-es gumi-műanyag pamuthoz képest, hőátadási együtthatója pedig 0,283 W/(m²·k) volt, ha a szigetelés kombinációjának vastagsága 100 mm volt.

A fázisváltó anyag az üvegházhatású anyagok kutatásának egyik legkeresettebb területe. A Northwest A&F Egyetem kétféle fázisváltó anyagtároló eszközt fejlesztett ki: az egyik egy fekete polietilénből készült tárolódoboz, amelynek mérete 50cm × 30cm × 14cm (hosszúság × magasság × vastagság), és fázisváltó anyaggal van feltöltve, hogy hőt tároljon és hőt tudjon leadni; a másik pedig egy új típusú fázisváltó falpanelt fejlesztett ki. A fázisváltó falpanel fázisváltó anyagból, alumíniumlemezből, alumínium-műanyag lemezből és alumíniumötvözetből áll. A fázisváltó anyag a falpanel legközépső pontján található, mérete 200mm × 200mm × 50mm. A fázisváltás előtt és után por állagú szilárd anyag, és nincs olvadás vagy folyás jelensége. A fázisváltó anyag négy fala rendre alumíniumlemez, illetve alumínium-műanyag lemez. Ez az eszköz elsősorban a nappali hőtárolás, valamint az éjszakai hőleadás funkcióit képes megvalósítani.

Ezért az egyetlen hőszigetelő anyag alkalmazása során felmerülhetnek bizonyos problémák, mint például az alacsony hőszigetelési hatékonyság, a nagy hőveszteség, a rövid hőtárolási idő stb. Ezért a kompozit hőszigetelő anyag hőszigetelő rétegként, valamint beltéri és kültéri hőszigetelő fedőrétegként történő használata a hőtároló eszközben hatékonyan javíthatja az üvegház hőszigetelési teljesítményét, csökkentheti az üvegház hőveszteségét, és így energiamegtakarítási hatást érhet el.

Új fal kutatása és alkalmazása

A fal, mint egyfajta zárószerkezet, fontos akadályt jelent az üvegház hidegvédelmében és hőmegőrzésében. A falanyag és -szerkezet szerint az üvegház északi falának kialakítása három típusra osztható: az egyrétegű, földből, téglából stb. készült fal, valamint a réteges, agyagtéglából, blokktéglából, polisztirol táblákból stb. készült északi fal, belső hőtárolással és külső hőszigeteléssel, és ezeknek a falaknak a többsége időigényes és munkaigényes; Ezért az elmúlt években számos új típusú fal jelent meg, amelyek könnyen építhetők és gyorsan összeszerelhetők.

Az új típusú szerelt falak megjelenése elősegíti az összeszerelt üvegházak gyors fejlődését, beleértve az új típusú kompozit falakat külső vízálló és öregedésgátló felületi anyagokkal, valamint olyan anyagokkal, mint a filc, gyöngypamut, űrpamut, üvegpamut vagy újrahasznosított pamut hőszigetelő rétegként, mint például a rugalmas, szórókötésű pamutból készült szerelt falak Hszincsiangban. Ezenkívül más tanulmányok is beszámoltak a hőtároló réteggel ellátott összeszerelt üvegházak északi faláról, például téglával töltött búzahéj-habarcsblokkról Hszincsiangban. Ugyanezen külső környezet mellett, amikor a legalacsonyabb kültéri hőmérséklet -20,8℃, a búzahéj-habarcsblokk kompozit falú napelemes üvegházban a hőmérséklet 7,5℃, míg a tégla-beton falú napelemes üvegházban a hőmérséklet 3,2℃. A paradicsom betakarítási ideje a téglaüvegházban 16 nappal előrehozható, az egyetlen üvegház terméshozama pedig 18,4%-kal növelhető.

A Northwest A&F Egyetem létesítményépítő csapata a szalma, talaj, víz, kő és fázisváltó anyagok hőszigetelő és hőtároló modulokká alakításának ötletét a fény és az egyszerűsített faltervezés szemszögéből vetette fel, ami elősegítette a modulárisan összeszerelt falak alkalmazáskutatását. Például a hagyományos téglafalú üvegházakhoz képest az üvegházban az átlaghőmérséklet 4,0 ℃-kal magasabb egy tipikus napsütéses napon. Háromféle szervetlen fázisváltó cement modul, amelyek fázisváltó anyagból (PCM) és cementből készülnek, 74,5, 88,0 és 95,1 MJ/m² hőt halmoztak fel.³, és 59,8, 67,8 és 84,2 MJ/m² hőt szabadított fel.³, rendre. Nappal „csúcsvágás”, éjszaka „völgytöltés”, nyáron hőelnyelési, télen pedig hőleadási funkciókat látnak el.

Ezek az új falak a helyszínen készülnek, rövid építési idővel és hosszú élettartammal, ami megteremti a feltételeket a könnyű, egyszerűsített és gyorsan összeszerelhető előregyártott üvegházak építéséhez, és nagyban elősegítheti az üvegházak szerkezeti reformját. Vannak azonban hiányosságok az ilyen típusú falakban, például a szórókötésű pamut hőszigetelő paplanfal kiváló hőszigetelő teljesítménnyel rendelkezik, de hiányzik a hőtároló kapacitása, és a fázisváltó építőanyag problémája a magas felhasználási költség. A jövőben az összeszerelt falak alkalmazáskutatását meg kell erősíteni.

Az új energia, az új anyagok és az új tervek segítik az üvegházhatású anyagok szerkezetének megváltoztatását.

Az új energiák és anyagok kutatása és innovációja megalapozza az üvegházak tervezési innovációját. Az energiatakarékos napelemes üvegházak és az íves fészerek a kínai mezőgazdasági termelés legnagyobb fészerszerkezetei, és fontos szerepet játszanak a mezőgazdasági termelésben. Kína szociális gazdaságának fejlődésével azonban a kétféle létesítményszerkezet hiányosságai egyre inkább megmutatkoznak. Először is, a létesítményszerkezetek alapterülete kicsi, és a gépesítés mértéke alacsony; Másodszor, az energiatakarékos napelemes üvegházak jó hőszigeteléssel rendelkeznek, de a földhasználat alacsony, ami egyenértékű az üvegházenergia földdel való helyettesítésével. A hagyományos íves fészerek nemcsak kicsi alapterületűek, hanem rossz hőszigeteléssel is rendelkeznek. Bár a több fesztávú üvegházak nagy alapterületűek, rossz hőszigeteléssel és magas energiafogyasztással rendelkeznek. Ezért elengedhetetlen a Kína jelenlegi társadalmi és gazdasági szintjének megfelelő üvegházszerkezet kutatása és fejlesztése, és az új energiák és új anyagok kutatása és fejlesztése segíteni fogja az üvegházszerkezet változását, és különféle innovatív üvegházmodellek vagy szerkezetek létrehozását.

Innovatív kutatás a nagy fesztávolságú aszimmetrikus, vízzel szabályozott sörfőző üvegházról

A nagy fesztávolságú, aszimmetrikus, vízzel szabályozott sörfőző üvegház (szabadalmi szám: ZL 201220391214.2) a napfényes üvegház elvén működik, megváltoztatva a hagyományos műanyag üvegházak szimmetrikus szerkezetét, növelve a déli fesztávolságot, növelve a déli tető megvilágítási területét, csökkentve az északi fesztávolságot és a hőelvezetési területet, 18~24 m fesztávolsággal és 6~7 m gerincmagassággal. A tervezési innovációnak köszönhetően jelentősen megnőtt a térbeli szerkezet. Ugyanakkor a téli üvegház elégtelen hőmérsékletének és a hagyományos hőszigetelő anyagok rossz hőszigetelésének problémáit a biomassza-sörfőző hő- és hőszigetelő anyagok új technológiájának alkalmazásával oldják meg. A termelési és kutatási eredmények azt mutatják, hogy a nagy fesztávolságú, aszimmetrikus, vízvezérelt sörfőző üvegház, amelynek átlaghőmérséklete napsütéses napokon 11,7 ℃, felhős napokon pedig 10,8 ℃, képes kielégíteni a téli növénynövekedés igényeit, és az üvegház építési költsége 39,6%-kal csökken, a földhasználati arány pedig több mint 30%-kal nő a polisztirol téglafalú üvegházhoz képest, amely alkalmas a további népszerűsítésre és alkalmazásra Kína Sárga Huaihe folyó medencéjében.

Összeszerelt napfényes üvegház

Az összeszerelt napelemes üvegház teherhordó szerkezetként oszlopokat és tetővázat használ, falai pedig főként hőszigetelő burkolatból állnak, ahelyett, hogy hordágyként és passzív hőtárolásra és -leadásra szolgálnának. Főként: (1) egy új típusú összeszerelt falat alakítanak ki különféle anyagok, például bevonatos fólia vagy színes acéllemez, szalmablokk, rugalmas hőszigetelő paplan, habarcsblokk stb. kombinálásával; (2) előregyártott cementlapból-polisztirol lapból-cementlapból készült kompozit falpanel; (3) Könnyű és egyszerűen összeszerelhető hőszigetelő anyagok aktív hőtároló és -leadó rendszerrel, valamint páramentesítő rendszerrel, például műanyag négyzet alakú vödrös hőtárolóval és csővezetékes hőtárolóval. Különböző új hőszigetelő anyagok és hőtároló anyagok használata a hagyományos földfalak helyett a napelemes üvegház építéséhez nagy teret és kis építési költséget jelent. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy az üvegház hőmérséklete télen éjszaka 4,5 ℃-kal magasabb, mint a hagyományos téglafalú üvegházé, a hátsó fal vastagsága pedig 166 mm. A 600 mm vastag téglafalú üvegházhoz képest a fal elfoglalt területe 72%-kal csökken, a négyzetméterenkénti költség pedig 334,5 jüan, ami 157,2 jüannal alacsonyabb, mint a téglafalú üvegházé, és az építési költség is jelentősen csökkent. Ezért az összeszerelt üvegház előnyei közé tartozik a kisebb mértékű megművelt földterület-pusztítás, a földmegtakarítás, a gyors építési sebesség és a hosszú élettartam, és kulcsfontosságú irányt jelent a napelemes üvegházak innovációjában és fejlesztésében jelenleg és a jövőben is.

Toló napfényes üvegház

A Shenyang Mezőgazdasági Egyetem által kifejlesztett, gördeszkából összeszerelhető, energiatakarékos napelemes üvegház a napelemes üvegház hátsó falát használja fel egy vízkeringető falú hőtároló rendszer kialakításához, amely tárolja a hőt és növeli a hőmérsékletet, és főként egy medencéből (32 m³), egy fénygyűjtő lemez (360 m²), egy vízpumpa, egy vízcső és egy vezérlő. A rugalmas hőszigetelő paplant egy új, könnyű, kőzetgyapot színű acéllemez anyag váltotta fel a tetején. A kutatás azt mutatja, hogy ez a kialakítás hatékonyan megoldja az oromzatok fényblokkolásának problémáját, és növeli az üvegház fénybejutási területét. Az üvegház megvilágítási szöge 41,5°, ami közel 16°-kal magasabb, mint a kontroll üvegházé, így javítja a megvilágítási sebességet. A beltéri hőmérséklet-eloszlás egyenletes, és a növények szépen nőnek. Az üvegház előnyei közé tartozik a földhasználat hatékonyságának javítása, az üvegház méretének rugalmas kialakítása és az építési idő lerövidülése, ami nagy jelentőséggel bír a megművelt földterületek és a környezet védelme szempontjából.

Fotovoltaikus üvegház

A mezőgazdasági üvegház olyan üvegház, amely integrálja a napelemes energiatermelést, az intelligens hőmérséklet-szabályozást és a modern, csúcstechnológiás ültetést. Acélvázas és napelemes modulokkal borított, hogy biztosítsa a fotovoltaikus energiatermelő modulok és az egész üvegház világítási igényeit. A napenergia által termelt egyenáram közvetlenül kiegészíti a mezőgazdasági üvegházak fényét, közvetlenül támogatja az üvegházi berendezések normál működését, hajtja a vízkészletek öntözését, növeli az üvegház hőmérsékletét és elősegíti a növények gyors növekedését. A fotovoltaikus modulok így befolyásolják az üvegház tetejének világítási hatékonyságát, és ezáltal az üvegházi zöldségek normál növekedését. Ezért a fotovoltaikus panelek racionális elrendezése az üvegház tetején kulcsfontosságú alkalmazási ponttá válik. A mezőgazdasági üvegház a városnéző mezőgazdaság és a létesítménykertészet szerves kombinációjának eredménye, és egy innovatív mezőgazdasági iparág, amely integrálja a fotovoltaikus energiatermelést, a mezőgazdasági városnéző túrákat, a mezőgazdasági növényeket, a mezőgazdasági technológiát, a tájépítészetet és a kulturális fejlődést.

Innovatív üvegházcsoport-tervezés, különböző típusú üvegházak közötti energia kölcsönhatással

Guo Wenzhong, a Pekingi Mezőgazdasági és Erdészeti Tudományok Akadémiájának kutatója az üvegházak közötti energiaátadás fűtési módszerét alkalmazza, hogy összegyűjtse a maradék hőenergiát egy vagy több üvegházban egy vagy több üvegház fűtésére. Ez a fűtési módszer megvalósítja az üvegházenergia időben és térben történő átvitelét, javítja a maradék üvegház hőenergiájának energiafelhasználási hatékonyságát, és csökkenti a teljes fűtési energiafogyasztást. A kétféle üvegház lehet különböző típusú, vagy ugyanazon típusú üvegház különféle növények, például saláta- és paradicsomtermesztő üvegházak ültetésére. A hőgyűjtési módszerek főként a beltéri levegő hőjének kinyerését és a beeső sugárzás közvetlen elfogását foglalják magukban. A napenergia-gyűjtés, a hőcserélővel történő kényszerített konvekció és a hőszivattyúval történő kényszerített elszívás révén a nagy energiájú üvegházakban lévő felesleges hőt kivonták az üvegház fűtésére.

összefoglalni

Ezeknek az új napelemes üvegházaknak az előnyei a gyors összeszerelés, a lerövidült építési idő és a jobb földhasználati arány. Ezért további kutatásokra van szükség ezen új üvegházak teljesítményének különböző területeken való vizsgálatához, és lehetőséget kell biztosítani az új üvegházak széles körű elterjedésére és alkalmazására. Ugyanakkor folyamatosan erősíteni kell az új energiák és anyagok alkalmazását az üvegházakban, hogy energiát biztosítsunk az üvegházak szerkezeti reformjához.

Jövőbeli kilátások és gondolkodásmód

A hagyományos üvegházaknak gyakran vannak hátrányai, mint például a magas energiafogyasztás, az alacsony földhasználati arány, az idő- és munkaigényes működés, a gyenge teljesítmény stb., amelyek már nem tudják kielégíteni a modern mezőgazdaság termelési igényeit, és fokozatosan megszűnnek. Ezért fejlesztési trend az új energiaforrások, például a napenergia, a biomassza-energia, a geotermikus energia és a szélenergia, az új üvegházhatású alkalmazásokhoz szükséges anyagok és az új tervek alkalmazása az üvegházak szerkezeti változásának elősegítése érdekében. Először is, az új energiával és új anyagokkal működő új üvegházaknak nemcsak a gépesített működés igényeit kell kielégíteniük, hanem energiát, földet és költségeket is meg kell takarítaniuk. Másodszor, folyamatosan fel kell tárni az új üvegházak teljesítményét különböző területeken, hogy megteremtsük az üvegházak nagymértékű elterjedésének feltételeit. A jövőben tovább kell keresnünk az üvegházhatású alkalmazásokhoz alkalmas új energiákat és új anyagokat, és meg kell találnunk az új energia, az új anyagok és az üvegházak legjobb kombinációját, hogy lehetővé tegyük egy alacsony költségű, rövid építési idővel rendelkező, alacsony energiafogyasztású és kiváló teljesítményű új üvegház építését, elősegítve az üvegházak szerkezetének megváltoztatását és elősegítve az üvegházak modernizációját Kínában.

Bár az új energiaforrások, az új anyagok és az új tervek alkalmazása az üvegházépítésben elkerülhetetlen trend, még mindig számos probléma van, amit tanulmányozni és megoldani kell: (1) Az építési költségek emelkednek. A hagyományos szén-, földgáz- vagy olajfűtéshez képest az új energiaforrások és az új anyagok alkalmazása környezetbarát és szennyezésmentes, de az építési költségek jelentősen megnőnek, ami bizonyos hatással van a termelés és az üzemeltetés beruházási megtérülésére. Az energiafelhasználáshoz képest az új anyagok költsége jelentősen megnő. (2) A hőenergia instabil felhasználása. Az új energiaforrások felhasználásának legnagyobb előnye az alacsony üzemeltetési költség és az alacsony szén-dioxid-kibocsátás, de az energia- és hőellátás instabil, és a felhős napok válnak a napenergia hasznosításának legnagyobb korlátozó tényezőjévé. A biomassza fermentációval történő hőtermelésének folyamatában ennek az energiának a hatékony felhasználását korlátozza az alacsony fermentációs hőenergia, a nehéz kezelés és ellenőrzés, valamint a nyersanyagok szállításához szükséges nagy tárolóhely problémái. (3) A technológia érettsége. Az új energiaforrások és az új anyagok által alkalmazott technológiák fejlett kutatási és technológiai vívmányok, alkalmazási területük és hatókörük még mindig meglehetősen korlátozott. Nem sokszor, sok helyszínen és nagyszabású gyakorlati ellenőrzésen estek át, és elkerülhetetlenül vannak hiányosságok és műszaki tartalmak, amelyeket javítani kell az alkalmazásban. A felhasználók gyakran tagadják a technológia fejlődését az apróbb hiányosságok miatt. (4) A technológia penetrációs aránya alacsony. A tudományos és technológiai eredmények széles körű alkalmazása bizonyos népszerűséget igényel. Jelenleg az új energia, az új technológia és az új üvegháztervezési technológia mind a tudományos kutatóközpontok és az egyetemek bizonyos innovációs képességgel rendelkező csapatában van, és a legtöbb műszaki igénylő vagy tervező még mindig nem tud róla; Ugyanakkor az új technológiák népszerűsítése és alkalmazása még mindig meglehetősen korlátozott, mivel az új technológiák alapvető berendezései szabadalmaztatottak. (5) Az új energia, az új anyagok és az üvegházszerkezet-tervezés integrációját tovább kell erősíteni. Mivel az energia, az anyagok és az üvegházszerkezet-tervezés három különböző tudományághoz tartozik, az üvegháztervezési tapasztalattal rendelkező tehetségek gyakran nem rendelkeznek az üvegházhatású energiával és anyagokkal kapcsolatos kutatásokkal, és fordítva; Ezért az energia- és anyagkutatással foglalkozó kutatóknak meg kell erősíteniük az üvegházipar fejlesztésének tényleges igényeinek vizsgálatát és megértését, a szerkezettervezőknek pedig új anyagokat és új energiákat is tanulmányozniuk kell a három kapcsolat mély integrációjának elősegítése érdekében, hogy elérjék a gyakorlati üvegházkutatási technológia, az alacsony építési költségek és a jó felhasználási hatás célját. A fenti problémák alapján javasoljuk, hogy az állam, a helyi önkormányzatok és a tudományos kutatóközpontok fokozzák a műszaki kutatásokat, végezzenek közös, mélyreható kutatásokat, erősítsék a tudományos és technológiai eredmények nyilvánosságát, javítsák az eredmények népszerűsítését, és gyorsan megvalósítsák az új energiák és új anyagok célját az üvegházipar új fejlődésének elősegítése érdekében.

Idézett információk

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Új energia, új anyagok és új dizájn segítik az üvegházak új forradalmát [J]. Vegetables, 2022,(10):1-8.