Üvegházhatású kertészeti mezőgazdasági mérnöki technológia 2022-12-02 17:30, közzétéve Pekingben

A napelemes üvegházak fejlesztése a nem művelt területeken, mint például a sivatagokban, a Góbi-félszigeten és a homokos területeken, hatékonyan megoldotta az élelmiszerek és a zöldségek földért versengése közötti ellentmondást. Ez az egyik meghatározó környezeti tényező a hőmérsékleti növények növekedésében és fejlődésében, ami gyakran meghatározza az üvegházi növénytermesztés sikerét vagy kudarcát. Ezért a napelemes üvegházak nem művelt területeken történő fejlesztéséhez először az üvegházak környezeti hőmérsékleti problémáját kell megoldanunk. Ebben a cikkben összefoglaljuk a nem művelt szárazföldi üvegházakban az elmúlt években alkalmazott hőmérséklet-szabályozási módszereket, és elemezzük és összefoglaljuk a nem művelt szárazföldi napelemes üvegházakban fennálló problémákat és a hőmérséklet- és környezetvédelem fejlesztési irányait.

Kína lakossága nagy, de a rendelkezésre álló földterületek száma korlátozott. A földterületek több mint 85%-a nem művelt földterület, amelyek főként Kína északnyugati részén koncentrálódnak. A Központi Bizottság 2022-es 1. számú dokumentuma rámutatott, hogy fel kell gyorsítani a mesterséges mezőgazdaság fejlesztését, és az ökológiai környezet védelme alapján fel kell tárni a kiaknázható üres földeket és parlagföldeket a mesterséges mezőgazdaság fejlesztése érdekében. Északnyugat-Kína gazdag sivatagokban, Góbi-sivatagokban, parlagföldekben és egyéb nem művelt földterületekben, valamint természetes fény- és hőforrásokban, amelyek alkalmasak a mesterséges mezőgazdaság fejlesztésére. Ezért a művelt földterületek fejlesztése és hasznosítása a nem művelt földterületeken működő üvegházak fejlesztése érdekében nagy stratégiai jelentőséggel bír a nemzeti élelmezésbiztonság garantálása és a földhasználati konfliktusok enyhítése szempontjából.

Jelenleg a nem művelt napelemes üvegházak a nagy hatékonyságú mezőgazdasági fejlesztés fő formája a művelés nélküli területeken. Kína északnyugati részén nagy a nappali és éjszakai hőmérséklet-különbség, télen pedig alacsony az éjszakai hőmérséklet, ami gyakran ahhoz a jelenséghez vezet, hogy a beltéri minimális hőmérséklet alacsonyabb, mint a növények normális növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges hőmérséklet. A hőmérséklet a növények növekedésének és fejlődésének egyik nélkülözhetetlen környezeti tényezője. A túl alacsony hőmérséklet lelassítja a növények fiziológiai és biokémiai reakcióit, és lassítja növekedésüket és fejlődésüket. Ha a hőmérséklet alacsonyabb, mint a növények által elviselhető határérték, az fagykárosodáshoz is vezethet. Ezért különösen fontos a növények normális növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges hőmérséklet biztosítása. A napelemes üvegházak megfelelő hőmérsékletének fenntartása nem egyetlen intézkedés, amelyet meg lehet oldani. Ezt az üvegházak tervezésének, kivitelezésének, anyagválasztásának, szabályozásának és napi üzemeltetésének szempontjaiból kell biztosítani. Ezért ez a cikk összefoglalja a nem művelt üvegházak hőmérséklet-szabályozásának kutatási helyzetét és előrehaladását Kínában az elmúlt években az üvegházak tervezése és kivitelezése, a hőmegőrzési és felmelegedési intézkedések, valamint a környezetgazdálkodás szempontjából, hogy szisztematikus referenciát nyújtson a nem művelt üvegházak racionális tervezéséhez és kezeléséhez.

Üvegház szerkezete és anyagai

Az üvegház hőmérsékleti környezete főként az üvegház napsugárzás-áteresztési, -elfogási és -tárolási kapacitásától függ, ami összefügg az üvegház tájolásának ésszerű kialakításával, a fényáteresztő felület alakjával és anyagával, a falak és a hátsó tető szerkezetével és anyagával, az alapozás szigetelésével, az üvegház méretével, az éjszakai szigetelés módjával és az elülső tető anyagával stb., valamint azzal is, hogy az üvegház építési és kivitelezési folyamata biztosítja-e a tervezési követelmények hatékony megvalósítását.

Az elülső tető fényáteresztő képessége

Az üvegház fő energiája a napból származik. Az elülső tető fényáteresztő képességének növelése előnyös az üvegház számára, mivel több hőt képes felvenni, és fontos alapja az üvegház téli hőmérsékleti környezetének biztosításának is. Jelenleg három fő módszer létezik az üvegház elülső tetejének fényáteresztő képességének és fényvételi idejének növelésére.

01 tervezzen ésszerű üvegházhatású tájolást és azimutot

Az üvegház tájolása befolyásolja az üvegház világítási teljesítményét és hőtároló kapacitását. Ezért az üvegházban a nagyobb hőtárolás érdekében Északnyugat-Kínában a nem művelt üvegházakat déli fekvésűnek kell elhelyezni. Az üvegház adott azimutja miatt a délről keletre történő tájolás előnyös a „napsugárzás kihasználása”, és a beltéri hőmérséklet reggel gyorsan emelkedik; délről nyugatra történő tájolás esetén az üvegház számára előnyös a délutáni fény kihasználása. A déli tájolás a fenti két helyzet közötti kompromisszum. A geofizika ismeretei szerint a Föld egy nap alatt 360°-ot forog, és a Nap azimutja 4 percenként körülbelül 1°-ot mozdul el. Ezért minden alkalommal, amikor az üvegház azimutja 1°-kal eltér, a közvetlen napfény ideje körülbelül 4 perccel eltér, vagyis az üvegház azimutja befolyásolja az üvegház reggeli és esti fényének idejét.

Amikor a reggeli és délutáni fényórák száma megegyezik, és a keleti vagy nyugati irányok azonos szögben állnak, az üvegház azonos fényórákat fog kapni. Az északi szélesség 37°-ától északra fekvő területen azonban a reggeli hőmérséklet alacsony, és a takarófedés ideje későn kezdődik, míg délután és este viszonylag magas a hőmérséklet, ezért helyénvaló a hőszigetelő takarófedés lefedésének idejét késleltetni. Ezért ezeken a területeken délről nyugatra fekvő tájolást kell választani, és teljes mértékben kihasználni a délutáni fényt. Az északi szélesség 30°~35°-án fekvő területeken a jobb reggeli fényviszonyok miatt a hőmegőrzés és a takarófedés ideje is előrehozható. Ezért ezeken a területeken délről keletre fekvő tájolást kell választani, hogy az üvegház több reggeli napsugárzást kapjon. Az északi szélesség 35°~37°-án azonban a reggeli és délutáni napsugárzásban kicsi a különbség, ezért jobb a déli irányt választani. Akár délkeleti, akár délnyugati fekvésű, az eltérési szög általában 5° ~ 8°, és a maximum nem haladhatja meg a 10°-ot. Északnyugat-Kína az északi szélesség 37° ~ 50°-ánál helyezkedik el, így az üvegházak azimutszöge általában délről nyugatra van. Ennek fényében a Zhang Jingshe stb. által a Taiyuan régióban tervezett napfényes üvegház 5°-os délnyugati szöget választott, a Chang Meimei stb. által a Hexi folyosó Gobi régiójában épített napfényes üvegház 5°-os délnyugati szöget választott, míg a Ma Zhigui stb. által Észak-Hszincsiangban épített napfényes üvegház 8°-os délnyugati szöget választott.

02 Tervezzen ésszerű elülső tetőformát és dőlésszöget

Az elülső tető alakja és dőlésszöge határozza meg a napsugarak beesési szögét. Minél kisebb a beesési szög, annál nagyobb az áteresztőképesség. Sun Juren úgy véli, hogy az elülső tető alakját főként a fő világítófelület hosszának és a hátsó lejtő aránya határozza meg. A hosszú elülső és a rövid hátsó lejtő előnyös az elülső tető megvilágítása és hőszigetelése szempontjából. Chen Wei-Qian és mások úgy vélik, hogy a Gobi régióban használt napelemes üvegházak fő világítóteteje 4,5 m sugarú körívet alkalmaz, amely hatékonyan ellenáll a hidegnek. Zhang Jingshe és mások úgy vélik, hogy az alpesi és magas szélességi területeken az üvegházak elülső tetején célszerűbb félkörívet használni. Ami az elülső tető dőlésszögét illeti, a műanyag fólia fényáteresztési jellemzői szerint, amikor a beesési szög 0 ~ 40°, az elülső tető napfényhez viszonyított visszaverődése kicsi, és amikor meghaladja a 40°-ot, a visszaverődés jelentősen megnő. Ezért a 40°-os maximális beesési szöget vesszük az elülső tető dőlésszögének kiszámításához, hogy a téli napforduló idején is maximális mértékben bejusson a napsugárzás az üvegházba. Ezért, amikor Belső-Mongóliában, Wuhaiban, a nem művelt területekre alkalmas napelemes üvegházat terveztek, He Bin és mások 40°-os beesési szöggel számították ki az elülső tető dőlésszögét, és úgy gondolták, hogy amíg az nagyobb, mint 30°, addig teljesíteni tudja az üvegház világítására és hőmegőrzésére vonatkozó követelményeket. Zhang Caihong és mások úgy vélik, hogy Hszincsiang nem művelt területein építve az üvegházak elülső tetejének dőlésszöge Dél-Hszincsiangban 31°, míg Észak-Hszincsiangban 32°~33,5°.

03 Válasszon megfelelő átlátszó burkolóanyagokat.

A kültéri napsugárzás hatása mellett az üvegházhatású fólia anyaga és fényáteresztő képessége is fontos tényező, amely befolyásolja az üvegház fény- és hőkörnyezetét. Jelenleg a PE, PVC, EVA és PO műanyag fóliák fényáteresztő képessége eltérő az anyagok és a fóliavastagságok miatt. Általánosságban elmondható, hogy az 1-3 éve használt fóliák fényáteresztő képessége összességében garantáltan 88% felett van, amit a növények fény- és hőmérsékletigénye szerint kell kiválasztani. Ezenkívül az üvegház fényáteresztő képessége mellett az üvegház fénykörnyezetének eloszlása ​​is egyre nagyobb figyelmet fordít az emberekre. Ezért az elmúlt években a fokozott fényszórású fényáteresztő fedőanyagokat az ipar nagymértékben elismeri, különösen Északnyugat-Kína erős napsugárzású területein. A fokozott fényszórású fólia alkalmazása csökkentette az árnyékoló hatást a növényi lombkorona tetején és alján, növelte a fényt a növényi lombkorona középső és alsó részén, javította az egész növény fotoszintetikus tulajdonságait, és jó hatást mutatott a növekedés elősegítésére és a termelés növelésére.

Az üvegház méretének ésszerű kialakítása

Az üvegház hossza túl hosszú vagy túl rövid, ami befolyásolja a beltéri hőmérséklet szabályozását. Ha az üvegház hossza túl rövid, napkelte és napnyugta előtt a keleti és nyugati oromzat által árnyékolt terület nagy, ami nem kedvez az üvegház felmelegedésének, és kis térfogata miatt befolyásolja a beltéri talaj és fal hőelnyelését és -leadását. Ha a hosszúság túl nagy, nehéz szabályozni a beltéri hőmérsékletet, és ez befolyásolja az üvegház szerkezetének szilárdságát és a hővédő paplan tekercselő mechanizmusának konfigurációját. Az üvegház magassága és fesztávolsága közvetlenül befolyásolja az elülső tető megvilágítását, az üvegház térének méretét és a szigetelési arányt. Ha az üvegház fesztávolsága és hossza rögzített, az üvegház magasságának növelése növelheti az elülső tető megvilágítási szögét a fénykörnyezet szempontjából, ami kedvez a fényáteresztésnek; a hőkörnyezet szempontjából a fal magassága nő, és a hátsó fal hőtároló területe is megnő, ami előnyös a hátsó fal hőtárolása és hőleadása szempontjából. Ráadásul a tér nagy, a hőkapacitás is nagy, és az üvegház hőmérsékleti környezete stabilabb. Természetesen az üvegház magasságának növelése növeli az üvegház költségét, amit átfogóan kell figyelembe venni. Ezért az üvegház tervezésekor a helyi körülményeknek megfelelően ésszerű hosszúságot, fesztávolságot és magasságot kell választani. Például Zhang Caihong és mások úgy vélik, hogy Észak-Hszincsiangban az üvegházak hossza 50~80 m, fesztávolsága 7 m, magassága pedig 3,9 m, míg Dél-Hszincsiangban az üvegházak hossza 50~80 m, fesztávolsága 8 m, magassága pedig 3,6~4,0 m; Azt is figyelembe veszik, hogy az üvegházak fesztávolsága nem lehet kisebb 7 m-nél, és ha a fesztávolság 8 m, a hőmegőrzési hatás a legjobb. Ezenkívül Chen Weiqian és mások úgy vélik, hogy a napelemes üvegház hosszának, fesztávolságának és magasságának 80 m-nek, 8~10 m-nek és 3,8~4,2 m-nek kell lennie, amikor azt a Kanszu tartománybeli Jiuquan Gobi területén építik meg.

Javítja a fal hőtároló képességét és szigetelőképességét

Napközben a fal hőt halmoz fel a napsugárzás és a beltéri levegő hőjének elnyelésével. Éjszaka, amikor a beltéri hőmérséklet alacsonyabb, mint a fal hőmérséklete, a fal passzívan leadja a hőt az üvegház fűtésére. Az üvegház fő hőtároló testeként a fal jelentősen javíthatja a beltéri éjszakai hőmérsékletet a hőtároló kapacitásának javításával. Ugyanakkor a fal hőszigetelő funkciója az üvegház termikus környezetének stabilitásának alapja. Jelenleg számos módszer létezik a falak hőtároló és szigetelő képességének javítására.

01 ésszerű falszerkezet kialakítása

A fal funkciója főként a hőtárolás és a hőmegőrzés, ugyanakkor az üvegházfalak többsége teherhordó elemként is szolgál, hogy a tetőszerkezetet megtartsa. A jó termikus környezet megteremtése szempontjából egy ésszerű falszerkezetnek elegendő hőtároló kapacitással kell rendelkeznie a belső oldalon és elegendő hőmegtartó kapacitással a külső oldalon, miközben csökkenti a felesleges hőhidakat. A falak hőtárolásával és szigetelésével kapcsolatos kutatása során Bao Encai és mások megszilárdult homok passzív hőtároló falat terveztek a belső-mongóliai Wuhai sivatagi területen. Külső oldalon porózus téglát, belső oldalon pedig megszilárdult homokot használtak hőtároló rétegként. A teszt kimutatta, hogy a beltéri hőmérséklet napsütéses napokon elérheti a 13,7 ℃-ot. Ma Yuehong és mások egy búzahéj habarcsblokk kompozit falat terveztek Észak-Hszincsiangban, amelyben égetett meszet töltenek a habarcsblokkokba hőtároló rétegként, és salakzsákokat halmoznak fel kültéren szigetelőrétegként. A Zhao Peng és munkatársai által a Kanszu tartomány Gobi régiójában tervezett üreges téglából készült fal külső szigetelőrétegként 100 mm vastag benzolkartont, belső hőtároló rétegként pedig homokot és üreges téglablokkot használtak. A tesztek azt mutatják, hogy télen az átlaghőmérséklet éjszaka 10 ℃ felett van, a Chai Regeneration és munkatársai pedig szintén homokot és kavicsot használtak szigetelőrétegként és hőtároló rétegként a Kanszu tartomány Gobi régiójában található falban. A hőhidak csökkentése érdekében Yan Junyue és munkatársai egy könnyű és egyszerűsített, összeszerelhető hátsó falat terveztek, amely nemcsak a fal hőállóságát javította, hanem a fal tömítőképességét is azáltal, hogy polisztirol lapot ragasztottak a hátsó fal külső oldalára; Wu Letian és munkatársai vasbeton gyűrűgerendát helyeztek el az üvegház falának alapja felett, és trapéz alakú téglabélyegzést használtak közvetlenül a gyűrűgerendák felett a hátsó tető megtámasztására, ami megoldotta azt a problémát, hogy a repedések és az alapozás süllyedése könnyen előfordulhat a hszincsiangi Hotianban található üvegházakban, ami befolyásolta az üvegházak hőszigetelését.

02 Válasszon megfelelő hőtároló és szigetelőanyagokat.

A fal hőtároló és szigetelő hatása elsősorban az anyagválasztástól függ. Az északnyugati sivatagban, a Góbi sivatagban, a homokos talajon és más területeken a helyszíni körülményektől függően a kutatók helyi anyagokat vettek alapul, és merész kísérleteket tettek a napelemes üvegházak hátfalainak sokféle típusának megtervezésére. Például, amikor Zhang Guosen és mások üvegházakat építettek homok- és kavicsmezőkön Kanszuban, homokot és kavicsot használtak hőtároló és szigetelő rétegként a falakban; A Góbi és az északnyugat-kínai sivatag sajátosságainak megfelelően Zhao Peng egyfajta üreges tömbfalat tervezett homokkőből és üreges tömbből készült anyagokból. A teszt azt mutatja, hogy az átlagos éjszakai beltéri hőmérséklet 10 ℃ felett van. Tekintettel az építőanyagok, például a tégla és az agyag szűkösségére Északnyugat-Kína Góbi régiójában, Zhou Changji és mások azt találták, hogy a helyi üvegházak általában kavicsot használnak falanyagként, amikor a Hszincsiangban, Kizilsu Kirgiz Góbi régiójában található napelemes üvegházakat vizsgálták. A kavics hőteljesítménye és mechanikai szilárdsága miatt a kavicsból épített üvegház jó teljesítményt nyújt a hőmegőrzés, a hőtárolás és a teherbírás tekintetében. Hasonlóképpen, Zhang Yong és mások is kavicsokat használnak a falak fő anyagaként, és egy független hőtároló kavicsos hátsó falat terveztek Shanxiban és más helyeken. A tesztek azt mutatják, hogy a hőtároló hatás jó. Zhang és mások egyfajta homokkő falat terveztek az északnyugati Gobi terület sajátosságai szerint, amely 2,5 ℃-kal képes megemelni a beltéri hőmérsékletet. Ezenkívül Ma Yuehong és mások tesztelték a blokkokkal töltött homokfal, a blokkfal és a téglafal hőtároló kapacitását Hotianban, Xinjiangban. Az eredmények azt mutatták, hogy a blokkokkal töltött homokfal rendelkezett a legnagyobb hőtároló kapacitással. Ezenkívül a fal hőtároló teljesítményének javítása érdekében a kutatók aktívan fejlesztenek új hőtároló anyagokat és technológiákat. Például Bao Encai egy fázisváltó térhálósító anyagot javasolt, amely a napelemes üvegházak hátsó falának hőtároló kapacitásának javítására használható az északnyugati, nem művelt területeken. A helyi anyagok feltárása során a szénakazalt, a salakot, a benzolkartont és a szalmát is használják falanyagként, de ezek az anyagok általában csak hőmegőrzési funkcióval rendelkeznek, hőtároló kapacitással nem rendelkeznek. Általánosságban elmondható, hogy a kaviccsal és tömbökkel kitöltött falak jó hőtároló és szigetelő képességgel rendelkeznek.

03 Megfelelően növelje a falvastagságot

A hőszigetelési teljesítmény mérésére általában a fal hőállósága fontos mutató, és a hőszigetelést befolyásoló tényező az anyagréteg vastagsága az anyag hővezető képessége mellett. Ezért a megfelelő hőszigetelő anyagok kiválasztása alapján a fal vastagságának megfelelő növelése növelheti a fal teljes hőszigetelését és csökkentheti a falon keresztüli hőveszteséget, ezáltal növelve a fal és az egész üvegház hőszigetelését és hőtároló kapacitását. Például Kanszuban és más területeken a homokzsákos fal átlagos vastagsága Zhangye városában 2,6 m, míg a habarcsos falaké Jiuquan városában 3,7 m. Minél vastagabb a fal, annál nagyobb a hőszigetelő képessége és a hőtároló kapacitása. A túl vastag falak azonban növelik a földhasználatot és az üvegház építésének költségeit. Ezért a hőszigetelési képesség javítása szempontjából prioritást kell élveznie a magas hőszigetelő képességű, alacsony hővezető képességű anyagok, például a polisztirol, a poliuretán és más anyagok kiválasztásának, majd a vastagság megfelelő növelésének.

A hátsó tető ésszerű kialakítása

A hátsó tető tervezésekor a fő szempont az árnyékolás befolyásának elkerülése és a hőszigetelő képesség javítása. Az árnyékolás hátsó tetőre gyakorolt ​​hatásának csökkentése érdekében a dőlésszög beállításánál elsősorban azt a tényt veszik figyelembe, hogy a hátsó tető közvetlen napfényt kapjon nappal, amikor a növényeket ültetik és termesztik. Ezért a hátsó tető dőlésszögét általában úgy választják meg, hogy az jobb legyen, mint a téli napforduló helyi 7°~8°-os napmagassági szöge. Például Zhang Caihong és mások úgy vélik, hogy napelemes üvegházak építésekor Gobiban és Hszincsiang sós-lúgos területein a hátsó tető tervezett hossza 1,6 m, így a hátsó tető dőlésszöge 40° Dél-Hszincsiangban és 45° Észak-Hszincsiangban. Chen Wei-Qian és mások úgy vélik, hogy a Jiuquan Gobi területén található napelemes üvegház hátsó tetejének 40°-os dőlésszögűnek kell lennie. A hátsó tető hőszigetelésénél a hőszigetelő képességet elsősorban a hőszigetelő anyagok kiválasztásában, a szükséges vastagságtervezésben és a hőszigetelő anyagok kivitelezés közbeni ésszerű átfedési illesztésében kell biztosítani.

Csökkentse a talaj hőveszteségét

Téli éjszaka, mivel a beltéri talaj hőmérséklete magasabb, mint a kültéri talajé, a beltéri talaj hője hővezetéssel átkerül a kültérre, ami az üvegház hőjének elvesztését okozza. A talaj hőveszteségének csökkentésére számos módszer létezik.

01 talajszigetelés

A talaj megfelelően süllyed, elkerüli a fagyott talajréteget, és a talajt használja a hőmegőrzésre. Például a Chai Regeneration által kifejlesztett „1448 háromanyagú, egy testű” napelemes üvegházat és más, a Hexi folyosón található nem művelt területeket 1 méter mélyre ásva építették, hatékonyan elkerülve a fagyott talajréteget. Tekintettel arra, hogy a Turpan területen a fagyott talaj mélysége 0,8 m, Wang Huamin és mások 0,8 méteres ásást javasoltak az üvegház hőszigetelő képességének javítása érdekében. Amikor Zhang Guosen és mások a dupla ívű, dupla fóliás, ásott napelemes üvegház hátsó falát nem szántóföldön építették, az ásási mélység 1 m volt. A kísérlet kimutatta, hogy az éjszakai legalacsonyabb hőmérséklet 2–3 °C-kal magasabb volt a hagyományos második generációs napelemes üvegházakhoz képest.

02 alapozási hidegvédelem

A fő módszer egy hidegálló árok ásása az elülső tető alapozási része mentén, hőszigetelő anyagok feltöltése, vagy a hőszigetelő anyagok folyamatos földbe ásása az alapozási falrész mentén, mindezek célja, hogy csökkentsék az üvegház határán a talajon keresztüli hőátadás okozta hőveszteséget. A felhasznált hőszigetelő anyagok főként Északnyugat-Kína helyi viszonyain alapulnak, és helyben beszerezhetők, mint például széna, salak, kőzetgyapot, polisztirol lap, kukoricaszalma, lótrágya, lehullott levelek, tört fű, fűrészpor, gyomok, szalma stb.

03 talajtakaró fólia

A műanyag fólia letakarásával a napfény nappal elérheti a talajt, ami elnyeli a nap hőjét és felmelegszik. Ezenkívül a műanyag fólia blokkolja a talaj által visszaverődő hosszú hullámú sugárzást, ezáltal csökkentve a talaj sugárzási veszteségét és növelve a talaj hőtárolását. Éjszaka a műanyag fólia akadályozhatja a talaj és a beltéri levegő közötti konvektív hőcserét, így csökkentve a talaj hőveszteségét. Ugyanakkor a műanyag fólia csökkentheti a talajvíz párolgása által okozott látens hőveszteséget is. Wei Wenxiang műanyag fóliával fedte le az üvegházat a Csinghaj-fennsíkon, és a kísérlet kimutatta, hogy a talaj hőmérséklete körülbelül 1 °C-kal emelhető.

Erősítse meg az elülső tető hőszigetelési teljesítményét

Az üvegház elülső teteje a fő hőelvezető felület, és az elveszett hő az üvegház teljes hőveszteségének több mint 75%-át teszi ki. Ezért az üvegház elülső teteje hőszigetelő képességének megerősítése hatékonyan csökkentheti az elülső tetejen keresztüli veszteséget, és javíthatja az üvegház téli hőmérsékleti környezetét. Jelenleg három fő intézkedés van az elülső teteje hőszigetelő képességének javítására.

01 Többrétegű átlátszó burkolatot alkalmaznak.

Szerkezetileg a kétrétegű vagy háromrétegű fólia használata az üvegházak fényáteresztő felületeként hatékonyan javíthatja az üvegházak hőszigetelési teljesítményét. Például Zhang Guosen és mások egy dupla ívű, dupla fóliás, ásott típusú napelemes üvegházat terveztek Jiuquan város Gobi területén. Az üvegház elülső tetejének külső része EVA fóliából, belső része pedig PVC cseppmentes öregedésgátló fóliából készült. A kísérletek azt mutatják, hogy a hagyományos második generációs napelemes üvegházakhoz képest a hőszigetelő hatás kiemelkedő, és az éjszakai legalacsonyabb hőmérséklet átlagosan 2-3 °C-kal emelkedik. Hasonlóképpen, Zhang Jingshe és mások szintén dupla fóliaborítású napelemes üvegházat terveztek a magas szélességi körök és a rendkívül hideg területek éghajlati jellemzőire, ami jelentősen javította az üvegház hőszigetelését. A kontroll üvegházhoz képest az éjszakai hőmérséklet 3 °C-kal emelkedett. Ezenkívül Wu Letian és mások három réteg 0,1 mm vastag EVA fóliát próbáltak használni a Hszincsiangban, Hetian sivatagi területen tervezett napelemes üvegház elülső tetején. A többrétegű fólia hatékonyan csökkentheti az elülső tető hőveszteségét, de mivel az egyrétegű fólia fényáteresztő képessége alapvetően körülbelül 90%, a többrétegű fólia természetesen a fényáteresztő képesség csökkenéséhez vezet. Ezért a többrétegű fényáteresztő burkolat kiválasztásakor kellőképpen figyelembe kell venni az üvegházak fényviszonyait és világítási igényeit.

02 Erősítse meg az elülső tető éjszakai szigetelését

A nappali fényáteresztés növelése érdekében műanyag fóliát használnak az elülső tetőn, éjszaka pedig az egész üvegház leggyengébb pontjává válik. Ezért a napelemes üvegházak esetében a vastag kompozit hőszigetelő paplannal való bevonása szükséges hőszigetelési intézkedés. Például a Qinghai alpesi régióban Liu Yanjie és mások szalmafüggönyöket és kraftpapírt használtak hőszigetelő paplanként a kísérletekhez. A teszteredmények azt mutatták, hogy az üvegházban az éjszakai legalacsonyabb beltéri hőmérséklet elérheti a 7,7 ℃-ot. Wei Wenxiang továbbá úgy véli, hogy az üvegház hővesztesége több mint 90%-kal csökkenthető dupla fűfüggönyök vagy kraftpapírból készült külső fűfüggönyök használatával a hőszigeteléshez ezen a területen. Ezenkívül Zou Ping stb. újrahasznosított szálas tűfilc hőszigetelő paplant használt a Hszincsiang Gobi régiójában található napelemes üvegházban, Chang Meimei stb. pedig szendvics pamut hőszigetelő paplant használt a Hexi folyosó Gobi régiójában található napelemes üvegházban. Jelenleg sokféle hőszigetelő paplant használnak a napelemes üvegházakban, de ezek többsége tűfilcből, ragasztóval permetezett pamutból, gyöngypamutból stb. készül, mindkét oldalán vízálló vagy öregedésgátló felületi réteggel. A hőszigetelő paplan hőszigetelő mechanizmusa szerint a hőszigetelő teljesítményének javítása érdekében először a hőállóság javításával és a hőátadási együttható csökkentésével kell kezdeni, és a fő intézkedések az anyagok hővezető képességének csökkentése, az anyagrétegek vastagságának növelése vagy az anyagrétegek számának növelése stb. Ezért jelenleg a nagy hőszigetelő teljesítményű hőszigetelő paplan maganyaga gyakran többrétegű kompozit anyagokból készül. A tesztek szerint a nagy hőszigetelő teljesítményű hőszigetelő paplan hőátadási együtthatója jelenleg elérheti a 0,5 W/(m2℃) értéket, ami jobb garanciát nyújt az üvegházak hőszigetelésére hideg téli területeken. Természetesen az északnyugati terület szeles és poros, és az ultraibolya sugárzás erős, ezért a hőszigetelő felületi rétegnek jó öregedésgátló tulajdonsággal kell rendelkeznie.

03 Szereljen fel belső hőszigetelő függönyt.

Bár a napfényes üvegház elülső tetejét éjszaka külső hőszigetelő paplan borítja, az egész üvegház többi szerkezetét tekintve az elülső tető éjszaka továbbra is gyenge pont az egész üvegház számára. Ezért az „Üvegházház szerkezete és építési technológiája északnyugati, nem szántóföldi területeken” projektcsapat egy egyszerű belső hőszigetelő tekercsrendszert tervezett (1. ábra), amelynek szerkezete egy rögzített belső hőszigetelő függönyből áll az elülső lábrésznél és egy mozgatható belső hőszigetelő függönyből a felső térben. A felső mozgatható hőszigetelő függöny nappal az üvegház hátsó falánál nyitható és hajtható, ami nem befolyásolja az üvegház világítását; Az alsó rögzített hőszigetelő paplan éjszakai tömítésként szolgál. A belső szigetelés kialakítása esztétikus és könnyen kezelhető, nyáron pedig árnyékoló és hűtési szerepet is betölthet.

Aktív melegítő technológia

Északnyugat-Kínában a téli alacsony hőmérséklet miatt, ha csak az üvegházakban a hőmegőrzésre és a hőtárolásra hagyatkozunk, akkor sem tudjuk kielégíteni a növények átteleléséhez szükséges követelményeket hideg időben, ezért bizonyos aktív felmelegedési intézkedésekre is szükség van.

Napenergia-tároló és hőleadó rendszer

Fontos ok, hogy a fal hőtároló, hőtároló és teherhordó funkciókat is ellát, ami a napelemes üvegházak magas építési költségéhez és alacsony földhasználati arányához vezet. Ezért a napelemes üvegházak egyszerűsítése és összeszerelése a jövőben fontos fejlesztési irány lesz. Ezek közül a fal funkciójának egyszerűsítése a fal hőtároló és hőleadó funkciójának felszabadítását jelenti, így a hátsó fal csak a hőtároló funkciót viseli, ami hatékony módja a fejlesztés egyszerűsítésének. Például a Fang Hui aktív hőtároló és -leadó rendszerét (2. ábra) széles körben használják nem művelt területeken, mint például Kanszu, Ninghszia és Hszincsiang. Hőgyűjtő berendezését az északi falra akasztják. Napközben a hőgyűjtő berendezés által összegyűjtött hőt a hőtároló testben tárolja a hőtároló közeg keringése révén, éjszaka pedig a hőt a hőtároló közeg keringése felszabadítja és felmelegíti, így időben és térben is hőátadás történik. A kísérletek azt mutatják, hogy az üvegházban a minimális hőmérséklet 3–5 ℃-kal emelhető ezzel az eszközzel. Wang Zhiwei és mások egy vízfüggöny fűtési rendszert javasoltak a déli Xinjiang-sivatagi területen található napelemes üvegházak számára, amely éjszaka 2,1 ℃-kal növelheti az üvegházak hőmérsékletét.

Ezenkívül Bao Encai stb. egy aktív hőtároló keringető rendszert tervezett az északi falhoz. Napközben az axiális ventilátorok keringtetésén keresztül a beltéri meleg levegő áramlik az északi falba ágyazott hőátadó csövön keresztül, és a hőátadó cső hőt cserél a fal belsejében lévő hőtároló réteggel, ami jelentősen javítja a fal hőtároló kapacitását. Ezenkívül a Yan Yantao stb. által tervezett fázisváltó hőtároló rendszer nappal napkollektorokon keresztül tárolja a hőt a fázisváltó anyagokban, majd éjszaka a légkeringetésen keresztül elvezeti a hőt a beltéri levegőbe, ami éjszaka 2,0℃-kal növelheti az átlaghőmérsékletet. A fenti napenergia-hasznosítási technológiák és berendezések a gazdaságosság, az energiatakarékosság és az alacsony szén-dioxid-kibocsátás jellemzői. Optimalizálás és fejlesztés után jó alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek Északnyugat-Kína napenergia-forrásokkal rendelkező területein.

Egyéb kiegészítő fűtési technológiák

01 biomassza-energia fűtés

Az alomanyagot, szalmát, tehéntrágyát, juhtrágya és baromfitrágya-t biológiai baktériumokkal keverik, és az üvegházban eltemetik a talajba. A fermentációs folyamat során sok hő keletkezik, és számos hasznos törzs, szerves anyag és CO2 keletkezik. A hasznos törzsek számos baktériumot gátolhatnak és elpusztíthatnak, és csökkenthetik az üvegházi betegségek és kártevők előfordulását; A szerves anyag trágyává válhat a növények számára; A keletkezett CO2 fokozhatja a növények fotoszintézisét. Például Wei Wenxiang forró szerves trágyákat, például lótrágyát, tehéntrágyát és juhtrágya-t temett el a talajban a Csinghaj-fennsíkon található napelemes üvegházban, ami hatékonyan megemelte a talaj hőmérsékletét. A Kanszu-sivatagi területen található napelemes üvegházban Zhou Zhilong szalmát és szerves trágyát használt a növények közötti erjesztéshez. A teszt kimutatta, hogy az üvegház hőmérséklete 2–3 °C-kal növelhető.

02 széntüzelésű fűtés

Léteznek mesterséges tűzhelyek, energiatakarékos vízmelegítők és fűtési rendszerek. Például Wei Wenxiang a Qinghai-fennsíkon végzett vizsgálata után megállapította, hogy a mesterséges kemencés fűtést főként helyben alkalmazzák. Ennek a fűtési módszernek az az előnye, hogy gyorsabban melegszik, és a fűtőhatás is nyilvánvaló. A szén elégetése során azonban káros gázok, például SO2, CO és H2S keletkeznek, ezért fontos a káros gázok megfelelő eltávolítása.

03 elektromos fűtés

Az üvegház elülső tetejének fűtésére elektromos fűtőszálat vagy elektromos fűtőberendezést használjon. A fűtési hatás figyelemre méltó, a használat biztonságos, az üvegházban nem keletkeznek szennyező anyagok, és a fűtőberendezés könnyen szabályozható. Chen Weiqian és mások úgy vélik, hogy a téli fagykárok problémája a Jiuquan térségben akadályozza a helyi Gobi mezőgazdaság fejlődését, és az elektromos fűtőelemek használhatók az üvegházak fűtésére. A kiváló minőségű elektromos energiaforrások használata miatt azonban az energiafogyasztás magas, és a költségek magasak. Javasolt, hogy szélsőséges hideg időben ideiglenes vészfűtésként használják.

Környezetvédelmi intézkedések

Az üvegházak gyártása és használata során a teljes berendezés és a normál működés nem tudja hatékonyan biztosítani, hogy a hőkörnyezet megfeleljen a tervezési követelményeknek. Valójában a berendezések használata és kezelése gyakran kulcsszerepet játszik a hőkörnyezet kialakításában és fenntartásában, amelyek közül a legfontosabb a hőszigetelő paplan és a szellőzőnyílás napi kezelése.

Hőszigetelő paplan kezelése

A hőszigetelő paplan a tető éjszakai hőszigetelésének kulcsa, ezért rendkívül fontos a napi kezelésének és karbantartásának finomítása, különösen a következő problémákra kell figyelmet fordítani:①Válassza ki a hőszigetelő paplan megfelelő nyitási és zárási idejét. A hőszigetelő paplan nyitási és zárási ideje nemcsak az üvegház világítási idejét befolyásolja, hanem az üvegház fűtési folyamatát is. A hőszigetelő paplan túl korai vagy túl késői nyitása és zárása nem segíti elő a hő összegyűjtését. Reggel, ha a paplant túl korán nyitják ki, a beltéri hőmérséklet túlságosan lecsökken az alacsony kültéri hőmérséklet és a gyenge fény miatt. Ezzel szemben, ha a paplant túl későn nyitják ki, az üvegházba jutó fény ideje lerövidül, és a beltéri hőmérséklet-emelkedés ideje késik. Délután, ha a hőszigetelő paplant túl korán kikapcsolják, a beltéri expozíciós idő lerövidül, és a beltéri talaj és falak hőtárolása csökken. Ezzel szemben, ha a hőmegőrzést túl későn kapcsolják ki, az üvegház hőelvezetése megnő az alacsony kültéri hőmérséklet és a gyenge fény miatt. Ezért általánosságban elmondható, hogy a hőszigetelő paplan reggelente történő bekapcsolásakor a hőmérséklet 1-2 ℃-os csökkenése után emelkedik, míg kikapcsolt állapotban a hőmérséklet 1-2 ℃-os csökkenése után emelkedik. ② A hőszigetelő paplan bezárásakor ügyeljen arra, hogy a hőszigetelő paplan szorosan lefedje-e az összes elülső tetőfelületet, és időben állítsa be, ha rés van. ③ Miután a hőszigetelő paplan teljesen le van helyezve, ellenőrizze, hogy az alsó rész tömörödött-e, hogy megakadályozza a hőtartó hatás elvesztését az éjszakai szél miatt. ④ Időben ellenőrizze és tartsa karban a hőszigetelő paplant, különösen sérült hőszigetelő paplan esetén, időben javítsa meg vagy cserélje ki. ⑤ Időben figyeljen az időjárási viszonyokra. Eső vagy hó esetén időben takarja le a hőszigetelő paplant, és időben távolítsa el a havat.

Szellőzőnyílások kezelése

A téli szellőztetés célja a levegő hőmérsékletének szabályozása a dél körüli túlzott felmelegedés elkerülése érdekében; a második a beltéri nedvesség megszüntetése, az üvegház levegőjének páratartalmának csökkentése, valamint a kártevők és betegségek elleni védekezés; a harmadik a beltéri CO2-koncentráció növelése és a növények növekedésének elősegítése. A szellőzés és a hőmegőrzés azonban ellentmondásosak. Ha a szellőzést nem megfelelően kezelik, az valószínűleg alacsony hőmérsékleti problémákhoz vezet. Ezért a szellőzőnyílások nyitásának idejét és időtartamát dinamikusan kell beállítani az üvegház környezeti viszonyaihoz igazítva. Az északnyugati, nem művelt területeken az üvegház szellőzőnyílásainak kezelése főként kétféleképpen oszlik meg: kézi működtetésű és egyszerű mechanikus szellőztetés. A szellőzőnyílások nyitási ideje és szellőztetési ideje azonban főként az emberek szubjektív megítélésén alapul, így előfordulhat, hogy a szellőzőnyílásokat túl korán vagy túl későn nyitják ki. A fenti problémák megoldása érdekében Yin Yilei stb. egy intelligens tetőszellőztető eszközt tervezett, amely a beltéri környezet változásainak megfelelően képes meghatározni a szellőzőnyílások nyitási idejét, valamint nyitási és zárási méretét. A környezeti változás és a terménykereslet törvényével kapcsolatos kutatások elmélyülésével, valamint az olyan technológiák és berendezések népszerűsítésével és fejlődésével, mint a környezetérzékelés, az információgyűjtés, -elemzés és -vezérlés, a napelemes üvegházak szellőztetésének automatizálása a jövőben fontos fejlesztési iránynak kell, hogy legyen.

Egyéb kezelési intézkedések

Különböző típusú fóliák használata során a fényáteresztő képességük fokozatosan gyengül, és a gyengülés sebessége nemcsak a saját fizikai tulajdonságaikhoz, hanem a környező környezethez és a használat közbeni kezeléshez is kapcsolódik. Használat során a fényáteresztő képesség csökkenéséhez vezető legfontosabb tényező a fólia felületének szennyeződése. Ezért rendkívül fontos a rendszeres tisztítás és tisztítás, amikor a körülmények megengedik. Ezenkívül az üvegház burkolatának szerkezetét rendszeresen ellenőrizni kell. Ha szivárgás van a falban és az elülső tetőben, időben meg kell javítani, hogy elkerüljük az üvegház hideg levegő beszivárgását.

Meglévő problémák és fejlesztési irány

A kutatók évek óta kutatják és tanulmányozzák az üvegházak hőmegőrzési és -tárolási technológiáját, a gazdálkodási technológiáját és a melegítési módszereit az északnyugati, nem művelt területeken, ami alapvetően megvalósította a zöldségek áttelelő termesztését, jelentősen javította az üvegházak alacsony hőmérsékletű fagykárokkal szembeni ellenállását, és alapvetően megvalósította a zöldségek áttelelő termesztését. Ez történelmi jelentőségű hozzájárulást jelentett az élelmiszerek és a zöldségek földterületért való versengése közötti ellentmondás enyhítéséhez Kínában. Az északnyugat-kínai hőmérséklet-garancia technológiával azonban továbbra is a következő problémák állnak fenn.

Felújítandó üvegháztípusok

Jelenleg az üvegházak típusai még mindig a 20. század végén és a század elején épült elterjedtek, egyszerű szerkezettel, ésszerűtlen kialakítással, az üvegház hőmérsékletének fenntartására és a természeti katasztrófákkal szembeni ellenállásra való gyenge képességgel, valamint a szabványosítás hiányával. Ezért a jövőbeli üvegházak tervezésénél az elülső tető alakját és dőlésszögét, az üvegház azimutszögét, a hátsó fal magasságát, az üvegház süllyedési mélységét stb. szabványosítani kell, teljes mértékben figyelembe véve a helyi földrajzi szélességi köröket és az éghajlati jellemzőket. Ugyanakkor, amennyire csak lehetséges, csak egy növényt szabad ültetni egy üvegházba, hogy a szabványosított üvegházillesztést a termesztett növények fény- és hőmérsékleti igényei szerint lehessen elvégezni.

Az üvegházhatású területek mérete viszonylag kicsi.

Ha az üvegház mérete túl kicsi, az befolyásolja az üvegház termikus környezetének stabilitását és a gépesítés fejlődését. A munkaerőköltségek fokozatos növekedésével a gépesítés fejlesztése fontos irány a jövőben. Ezért a jövőben a helyi fejlesztési szintre kell támaszkodnunk, figyelembe kell vennünk a gépesítés fejlesztésének igényeit, racionálisan kell megterveznünk az üvegházak belső terét és elrendezését, fel kell gyorsítani a helyi területekre alkalmas mezőgazdasági berendezések kutatását és fejlesztését, és javítani kell az üvegházhatású termelés gépesítési ütemét. Ugyanakkor a növények és a termesztési szokások igényei szerint a vonatkozó berendezéseket szabványoknak kell megfeleltetni, és elő kell mozdítani a szellőztető, páratartalom-csökkentő, hőmegőrző és fűtőberendezések integrált kutatását és fejlesztését, innovációját és népszerűsítését.

A falak, például a homok és az üreges blokkok vastagsága továbbra is vastag.

Ha a fal túl vastag, bár a szigetelőhatás jó, az csökkenti a talaj kihasználási arányát, növeli a költségeket és a kivitelezés nehézségeit. Ezért a jövőbeni fejlesztés során egyrészt a falvastagság tudományosan optimalizálható a helyi éghajlati viszonyoknak megfelelően; másrészt a hátsó fal könnyű és egyszerűsített kialakítását kell elősegíteni, hogy az üvegház hátsó fala csak a hőmegőrzés funkcióját tartsa meg, napkollektorokat és egyéb berendezéseket kell használni a fal hőtárolásának és hőleadásának helyettesítésére. A napkollektorok magas hőgyűjtési hatékonysággal, erős hőgyűjtő kapacitással, energiatakarékossággal, alacsony szén-dioxid-kibocsátással és így tovább rendelkeznek, és legtöbbjük aktív szabályozást és vezérlést valósít meg, és célzott exoterm fűtést végezhet az üvegház környezeti követelményeinek megfelelően éjszaka, nagyobb hőhasznosítási hatékonysággal.

Speciális hőszigetelő paplant kell kifejleszteni.

Az üvegház fő hőelvezető eleme az elülső tető, és a hőszigetelő paplan hőszigetelő teljesítménye közvetlenül befolyásolja a beltéri hőkörnyezetet. Jelenleg az üvegház hőmérsékleti környezete egyes területeken nem jó, részben azért, mert a hőszigetelő paplan túl vékony, és az anyagok hőszigetelő teljesítménye nem megfelelő. Ugyanakkor a hőszigetelő paplannak továbbra is vannak problémái, mint például a gyenge vízállóság és csúszásállóság, a felület és a maganyagok könnyű öregedése stb. Ezért a jövőben a helyi éghajlati jellemzőknek és követelményeknek megfelelően tudományosan kell kiválasztani a megfelelő hőszigetelő anyagokat, és helyi használatra és népszerűsítésre alkalmas speciális hőszigetelő paplan termékeket kell tervezni és fejleszteni.

VÉGE

Idézett információk

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi stb. A napelemes üvegházak környezeti hőmérséklet-garancia technológiájának kutatási helyzete északnyugati, nem művelt területeken [J]. Mezőgazdasági Mérnöki Technológia, 2022,42(28):12-20.