Li Jianming, Sun Guotao, ecc.Tecnologia di ingegneria agricola orticola di serra2022-11-21 17:42 Pubblicato a Pechino

Negli ultimi anni, l'industria della serra è stata sviluppata vigorosamente. Lo sviluppo della serra non solo migliora il tasso di utilizzo del suolo e il tasso di produzione dei prodotti agricoli, ma risolve anche il problema dell'offerta di frutta e verdura in bassa stagione. Tuttavia, la serra ha anche affrontato sfide senza precedenti. Le strutture originali, i metodi di riscaldamento e le forme strutturali hanno prodotto resistenza all'ambiente e allo sviluppo. Sono urgentemente necessari nuovi materiali e nuovi progetti per cambiare la struttura della serra e sono urgentemente necessarie nuove fonti energetiche per raggiungere gli scopi del risparmio energetico e della protezione ambientale e aumentare la produzione e il reddito.

Questo articolo discute il tema di "New Energy, New Materials, New Design per aiutare la nuova rivoluzione della serra", tra cui la ricerca e l'innovazione di energia solare, energia di biomassa, energia geotermica e altre nuove fonti di energia in serra, ricerca e applicazione di nuovi materiali per la copertura, l'isolamento termico, le pareti e altre attrezzature e la futura prospettiva e il pensiero di nuove energie, nuovi materiali e nuovi progetti per aiutare la riforma della serra, in modo da fornire riferimento al settore.

Lo sviluppo dell'agricoltura delle strutture è il requisito politico e l'inevitabile scelta per attuare lo spirito delle istruzioni importanti e del processo decisionale del governo centrale. Nel 2020, l'area totale dell'agricoltura protetta in Cina sarà di 2,8 milioni di HM2 e il valore di produzione supererà 1 trilione di yuan. È un modo importante per migliorare la capacità di produzione della serra per migliorare l'illuminazione delle serre e le prestazioni dell'isolamento termico attraverso nuove energie, nuovi materiali e nuovo design della serra. Ci sono molti svantaggi nella produzione di serra tradizionali, come carbone, olio combustibile e altre fonti di energia utilizzate per il riscaldamento e il riscaldamento nelle serre tradizionali, con conseguente grande quantità di gas di biossido, che inquina gravemente l'ambiente, mentre il gas naturale, l'energia elettrica e Altre fonti energetiche aumentano il costo operativo delle serre. I materiali di conservazione del calore tradizionali per le pareti in serra sono per lo più argilla e mattoni, che consumano molto e causano gravi danni alle risorse a terra. L'efficienza dell'uso del suolo della serra solare tradizionale con muro di terra è solo del 40% ~ 50% e la serra ordinaria ha una scarsa capacità di conservazione del calore, quindi non può vivere durante l'inverno per produrre verdure calde nella Cina settentrionale. Pertanto, il nucleo della promozione del cambiamento di serra o della ricerca di base risiede nella progettazione della serra, nella ricerca e nello sviluppo di nuovi materiali e nuove energie. Questo articolo si concentrerà sulla ricerca e l'innovazione di nuove fonti energetiche in serra, riassumerà lo stato di ricerca di nuove fonti energetiche come energia solare, energia di biomassa, energia geotermica, energia eolica e nuovi materiali di copertura trasparente, materiali di isolamento termico e materiali a parete serra, analizza l'applicazione di nuove energie e nuovi materiali nella costruzione di una nuova serra e non vedono l'ora del loro ruolo nello sviluppo futuro e nella trasformazione della serra.

Ricerca e innovazione della nuova serra energetica

La nuova energia verde con il massimo potenziale di utilizzo agricolo comprende energia solare, energia geotermica e energia di biomassa o utilizzo completo di una varietà di nuove fonti di energia, in modo da ottenere un uso efficiente dell'energia imparando dai reciproci punti di forza.

energia solare/potenza

La tecnologia dell'energia solare è una modalità di approvvigionamento energetico a bassa carbonio, efficiente e sostenibile ed è una componente importante delle industrie emergenti strategiche della Cina. Diventerà una scelta inevitabile per la trasformazione e l'aggiornamento della struttura energetica della Cina in futuro. Dal punto di vista dell'utilizzo dell'energia, la serra stessa è una struttura a struttura per l'utilizzo dell'energia solare. Attraverso l'effetto serra, l'energia solare viene raccolta all'interno, la temperatura della serra viene sollevata e viene fornito il calore necessario per la crescita delle colture. La principale fonte di energia della fotosintesi delle piante serra è la luce solare diretta, che è l'utilizzo diretto dell'energia solare.

01 Generazione di energia fotovoltaica per generare calore

La generazione di energia fotovoltaica è una tecnologia che converte direttamente l'energia della luce in energia elettrica in base all'effetto fotovoltaico. L'elemento chiave di questa tecnologia è la cella solare. Quando l'energia solare brilla sull'array di pannelli solari in serie o in parallelo, i componenti a semiconduttore convertono direttamente l'energia di radiazione solare in energia elettrica. La tecnologia fotovoltaica può convertire direttamente l'energia luminosa in energia elettrica, conservare l'elettricità attraverso le batterie e riscaldare la serra di notte, ma il suo costo elevato ne limita il suo ulteriore sviluppo. Il gruppo di ricerca ha sviluppato un dispositivo di riscaldamento a grafene fotovoltaico, che è costituito da pannelli fotovoltaici flessibili, una macchina di controllo inversa all-in-one, una batteria di stoccaggio e un'asta di riscaldamento di grafene. Secondo la lunghezza della linea di semina, l'asta di riscaldamento del grafene viene sepolta sotto il sacchetto del substrato. Durante il giorno, i pannelli fotovoltaici assorbono le radiazioni solari per generare elettricità e conservarla nella batteria di stoccaggio, quindi l'elettricità viene rilasciata di notte per l'asta di riscaldamento del grafene. Nella misurazione effettiva, viene adottata la modalità di controllo della temperatura di iniziare a 17 ℃ e la chiusura a 19 ℃ viene adottata. Correre di notte (20: 00-08: 00 il secondo giorno) per 8 ore, il consumo di energia del riscaldamento di una singola fila di piante è di 1,24 kW · h e la temperatura media della borsa del substrato di notte è di 19,2 ℃, che è 3,5 ~ 5,3 ℃ superiore a quello del controllo. Questo metodo di riscaldamento combinato con la generazione di energia fotografica risolve i problemi di un alto consumo di energia e un elevato inquinamento nel riscaldamento della serra in inverno.

02 Conversione e utilizzo fototermici

La conversione fototermica solare si riferisce all'uso di una speciale superficie di raccolta della luce solare fatta di materiali di conversione fototermica per raccogliere e assorbire la maggior parte dell'energia solare irradiata su di essa e convertirla in energia termica. Rispetto alle applicazioni solari fotovoltaiche, le applicazioni fototermiche solari aumentano l'assorbimento della banda del vicino infrarosso, quindi ha una maggiore efficienza di utilizzo energetico della luce solare, a basso costo e tecnologia matura ed è il modo più utilizzato per l'utilizzo dell'energia solare.

La tecnologia più matura della conversione e dell'utilizzo fototermico in Cina è il collettore solare, il cui componente centrale è il nucleo della piastra che assorbono il calore con rivestimento di assorbimento selettivo, che può convertire l'energia di radiazione solare che passa attraverso la piastra di copertura e trasmetti al mezzo di lavoro che assorbente il calore. I collezionisti solari possono essere divisi in due categorie in base al fatto che vi sia uno spazio sottovuoto nel collettore o meno: collezionisti solari piatti e collettori solari a tubo a vuoto; Concentrazione di collezionisti solari e collezionisti solari non concentrati in base al fatto che la radiazione solare alla porta di luce del giorno cambi direzione; e collezionisti solari liquidi e collezionisti solari aerei in base al tipo di mezzo di lavoro di trasferimento di calore.

L'utilizzo dell'energia solare nella serra viene eseguito principalmente attraverso vari tipi di collezionisti solari. La Ibn Zor University in Marocco ha sviluppato un sistema di riscaldamento a energia solare attivo (ASHS) per il riscaldamento della serra, che può aumentare la produzione totale di pomodoro del 55% in inverno. La China Agricultural University ha progettato e sviluppato una serie di sistemi di raccolta e scarico di fan di raffreddamento superficiale, con una capacità di raccolta del calore di 390,6 ～ 693,0 MJ e ha messo in avanti l'idea di separare il processo di raccolta del calore dal processo di conservazione del calore mediante pompa di calore. L'Università di Bari in Italia ha sviluppato un sistema di riscaldamento in polygenerazione in serra, che consiste in un sistema di energia solare e una pompa di calore ad acqua aria e può aumentare la temperatura dell'aria del 3,6% e la temperatura del suolo del 92%. Il gruppo di ricerca ha sviluppato una sorta di attrezzatura attiva di raccolta di calore solare con angolo di inclinazione variabile per serra solare e un dispositivo di conservazione del calore di supporto per il corpo delle acque serra attraverso il tempo. Tecnologia di raccolta del calore solare attivo con inclinazione variabile rompe attraverso i limiti delle tradizionali attrezzature per la raccolta del calore della serra, come la capacità di raccolta del calore limitata, l'ombreggiatura e l'occupazione di terreni coltivati. Utilizzando la speciale struttura a serra della serra solare, lo spazio non pianto della serra è completamente utilizzato, il che migliora notevolmente l'efficienza di utilizzo dello spazio serra. In tipiche condizioni di lavoro soleggiate, il sistema di raccolta del calore solare attivo con inclinazione variabile raggiunge 1,9 MJ/(M2H), l'efficienza di utilizzo dell'energia raggiunge l'85,1% e il tasso di risparmio energetico è del 77%. Nella tecnologia di conservazione del calore della serra, è impostata la struttura di accumulo di calore a modifica multipla, viene aumentata la capacità di accumulo del calore del dispositivo di accumulo di calore e viene realizzato il lento rilascio di calore dal dispositivo, in modo da realizzare l'uso efficiente dell'uso Il calore raccolto dall'attrezzatura per la raccolta di calore solare serra.

energia di biomassa

Viene costruita una nuova struttura di struttura combinando il dispositivo di produzione di calore con biomassa con la serra e le materie prime della biomassa come letame di suini, residui di funghi e paglia sono composti per preparare il calore e l'energia termica generata viene fornita direttamente alla serra [ 5]. Rispetto alla serra senza serbatoio di riscaldamento della fermentazione di biomassa, la serra del riscaldamento può aumentare effettivamente la temperatura del terreno nella serra e mantenere la corretta temperatura delle radici delle colture coltivate nel terreno nel clima normale in inverno. Prendendo una serra asimmetrica asimmetrica di isolamento termico con un arco di 17 m e una lunghezza di 30 m come esempio, aggiungendo 8 m di rifiuti agricoli (paglia di pomodoro e letame di suina miscelato) nel serbatoio di fermentazione interno per la fermentazione naturale senza girare sulla pila Aumentare la temperatura media giornaliera della serra di 4,2 ℃ in inverno e la temperatura minima giornaliera media può raggiungere 4,6 ℃.

L'utilizzo dell'energia della fermentazione controllata dalla biomassa è un metodo di fermentazione che utilizza strumenti e attrezzature per controllare il processo di fermentazione al fine di ottenere rapidamente ed utilizzare in modo efficiente l'energia termica della biomassa e il fertilizzante del gas CO2, tra cui la ventilazione e l'umidità sono i fattori chiave per regolare la fermentazione del calore di fermentazione e produzione di gas di biomassa. In condizioni ventilate, i microrganismi aerobici nel cumulo di fermentazione usano l'ossigeno per le attività della vita e parte dell'energia generata viene utilizzata per le proprie attività di vita e parte dell'energia viene rilasciata nell'ambiente come energia termica, il che è benefico per la temperatura Rise dell'ambiente. L'acqua prende parte all'intero processo di fermentazione, fornendo nutrienti solubili necessari per le attività microbiche e allo stesso tempo rilasciando il calore del mucchio sotto forma di vapore attraverso l'acqua, in modo da ridurre la temperatura del mucchio, prolungare la vita della vita microrganismi e aumentare la temperatura di massa del mucchio. L'installazione del dispositivo di lisciviazione di paglia nel serbatoio di fermentazione può aumentare la temperatura interna di 3 ~ 5 ℃ in inverno, rafforzare la fotosintesi delle piante e aumentare la resa del pomodoro del 29,6%.

Energia geotermica

La Cina è ricca di risorse geotermiche. Al momento, il modo più comune per le strutture agricole di utilizzare l'energia geotermica è utilizzare la pompa di calore della fonte di terra, che può trasferirsi dall'energia termica di basso grado a energia termica di alto grado inserendo una piccola quantità di energia di alta qualità (come energia elettrica). Diversamente dalle tradizionali misure di riscaldamento della serra, il riscaldamento della pompa di calore della sorgente di terra può non solo ottenere un effetto di riscaldamento significativo, ma anche avere la capacità di raffreddare la serra e ridurre l'umidità nella serra. La ricerca sull'applicazione della pompa di calore della fonte di terra nel campo della costruzione di abitazioni è matura. La parte centrale che influisce sulla capacità di riscaldamento e raffreddamento della pompa di calore della fonte di terra è il modulo di scambio di calore sotterraneo, che include principalmente tubi sepolti, pozzi sotterranei, ecc. Come progettare un sistema di scambio di calore sotterraneo con un costo e un effetto bilanciati stato al centro della ricerca di questa parte. Allo stesso tempo, la variazione della temperatura dello strato sotterraneo del suolo nell'applicazione della pompa di calore della sorgente di terra influisce anche sull'effetto dell'uso del sistema della pompa di calore. L'uso della pompa di calore della fonte di terra per raffreddare la serra in estate e conservare l'energia termica nello strato di terreno profondo può alleviare la caduta di temperatura dello strato sotterraneo del suolo e migliorare l'efficienza di produzione di calore della pompa di calore della fonte di terra in inverno.

Allo stato attuale, nella ricerca delle prestazioni e dell'efficienza della pompa di calore della fonte a terra, attraverso i dati sperimentali effettivi, viene stabilito un modello numerico con software come Tough2 e TrnSy ) della pompa di calore della sorgente di terra può raggiungere 3,0 ~ 4,5, che ha un buon effetto di raffreddamento e riscaldamento. Nella ricerca della strategia operativa del sistema di pompe di calore, Fu Yunzhun e altri hanno scoperto che rispetto al flusso laterale del carico, il flusso laterale della sorgente di terra ha un impatto maggiore sulle prestazioni dell'unità e sulle prestazioni di trasferimento di calore del tubo seppellito . In base alla condizione di impostazione del flusso, il valore COP massimo dell'unità può raggiungere 4.17 adottando lo schema operativo di funzionamento per 2 ore e fermandosi per 2 ore; Shi Huixian et. ha adottato una modalità di funzionamento intermittente del sistema di raffreddamento di conservazione dell'acqua. In estate, quando la temperatura è alta, il poliziotto dell'intero sistema di alimentazione energetica può raggiungere 3,80.

Tecnologia di stoccaggio del calore del suolo profondo in serra

Lo stoccaggio di calore del suolo profondo nella serra è anche chiamato "banca di stoccaggio del calore" in serra. I danni da freddo in inverno e alte temperature in estate sono i principali ostacoli alla produzione di serra. Sulla base della forte capacità di conservazione del calore del terreno profondo, il gruppo di ricerca ha progettato un dispositivo di stoccaggio del calore profondo sotterraneo di serra. Il dispositivo è una conduttura di trasferimento di calore parallela a doppio strato sepolto alla profondità di 1,5 ～ 2,5 m sottoterra nella serra, con un ingresso d'aria nella parte superiore della serra e una presa d'aria a terra. Quando la temperatura nella serra è alta, l'aria interna viene pompato con forza nel terreno da una ventola per realizzare lo stoccaggio del calore e la riduzione della temperatura. Quando la temperatura della serra è bassa, il calore viene estratto dal terreno per riscaldare la serra. I risultati della produzione e dell'applicazione mostrano che il dispositivo può aumentare la temperatura della serra di 2,3 ℃ nella notte invernale, ridurre la temperatura interna di 2,6 ℃ nel giorno estivo e aumentare la resa del pomodoro di 1500 kg in 667 m². Il dispositivo fa pieno uso delle caratteristiche di "caldo in inverno e fresco in estate" e "temperatura costante" del terreno sotterraneo profondo, fornisce una "banca di accesso all'energia" per la serra e completa continuamente le funzioni ausiliarie del raffreddamento e del riscaldamento della serra .

Coordinamento multi-energia

L'uso di due o più tipi di energia per riscaldare la serra può effettivamente compensare gli svantaggi del singolo tipo di energia e dare il gioco all'effetto di sovrapposizione di "uno più uno è maggiore di due". La cooperazione complementare tra energia geotermica e energia solare è un hotspot di ricerca di nuovi utilizzo energetico nella produzione agricola negli ultimi anni. Emmi et. ha studiato un sistema di energia multi-source (Figura 1), che è dotato di un collettore solare ibrido fotovoltaico-termico. Rispetto al comune sistema di pompa di calore ad acqua aria, l'efficienza energetica del sistema di energia multi-source è migliorata del 16%~ 25%. Zheng et. ha sviluppato un nuovo tipo di sistema di accumulo di calore accoppiato di energia solare e pompa di calore della sorgente di terra. Il sistema del collettore solare può realizzare lo stoccaggio stagionale di riscaldamento di alta qualità, ovvero il riscaldamento di alta qualità in inverno e il raffreddamento di alta qualità in estate. Lo scambiatore di calore del tubo seppellito e il serbatoio intermittente di conservazione del calore possono funzionare bene nel sistema e il valore della COP del sistema può raggiungere 6,96.

In combinazione con l'energia solare, mira a ridurre il consumo di energia commerciale e migliorare la stabilità dell'alimentazione solare nella serra. Wan ya et. Presentare un nuovo schema tecnologico di controllo intelligente di combinare la generazione di energia solare con energia commerciale per il riscaldamento delle serie, che può utilizzare l'energia fotovoltaica quando c'è luce e trasformarlo in energia commerciale quando non c'è luce, riducendo notevolmente la carenza di potenza di carico valutare e ridurre il costo economico senza utilizzare le batterie.

L'energia solare, l'energia della biomassa e l'energia elettrica possono riscaldare congiuntamente le serre, che possono anche ottenere un'elevata efficienza di riscaldamento. Zhang Liangrui e altri combinati raccolta di calore del tubo a vuoto solare con serbatoio dell'acqua di accumulo di calore elettrico della valle. Il sistema di riscaldamento in serra ha un buon comfort termico e l'efficienza di riscaldamento media del sistema è del 68,70%. Il serbatoio dell'acqua di accumulo di calore elettrico è un dispositivo di accumulo dell'acqua di riscaldamento a biomassa con riscaldamento elettrico. È impostata la temperatura più bassa di ingresso dell'acqua all'estremità del riscaldamento e la strategia operativa del sistema viene determinata in base alla temperatura di accumulo dell'acqua della parte di raccolta del calore solare e alla parte di accumulo di calore della biomassa, in modo da ottenere una temperatura di riscaldamento stabile alla Fine riscaldante e salvare l'energia elettrica e i materiali di energia della biomassa nella massima misura.

Ricerca innovativa e applicazione di nuovi materiali in serra

Con l'espansione dell'area della serra, gli svantaggi dell'applicazione dei tradizionali materiali serra come mattoni e suolo sono sempre più rivelati. Pertanto, al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni termiche della serra e soddisfare le esigenze di sviluppo della moderna serra, ci sono molte ricerche e applicazioni di nuovi materiali di copertura trasparente, materiali di isolamento termico e materiali a parete.

Ricerca e applicazione di nuovi materiali di copertura trasparente

I tipi di materiali di copertura trasparente per la serra includono principalmente film in plastica, vetro, pannello solare e pannello fotovoltaico, tra cui il film in plastica ha la più grande area di applicazione. Il tradizionale film PE in serra ha i difetti della durata di breve durata, non degradazione e singola funzione. Al momento, sono state sviluppate una varietà di nuovi film funzionali aggiungendo reagenti funzionali o rivestimenti.

Film di conversione della luce:Il film di conversione della luce cambia le proprietà ottiche del film usando agenti di conversione della luce come la terra rara e i materiali nano e può convertire la regione della luce ultravioletta in luce arancione rossa e luce viola blu richiesta dalla fotosintesi delle piante, aumentando così la resa delle colture e riducendo Il danno della luce ultravioletta a colture e film in serra nelle serre di plastica. Ad esempio, il film in serra da viola a rosso largo con agente di conversione della luce VTR-660 può migliorare significativamente la trasmittanza a infrarossi quando applicato in serra e confrontato con la serra di controllo, la resa del pomodoro per ettaro, la vitamina C e il contenuto di licopene sono significativamente aumentati del 25,71%, 11,11% e 33,04% rispettivamente. Tuttavia, al momento, la durata del servizio, la degradabilità e il costo del nuovo film di conversione della luce devono ancora essere studiati.

Vetro sparso: Il vetro sparso nella serra è uno speciale modello e tecnologia anti-riflessione sulla superficie del vetro, che può massimizzare la luce solare in luce sparsa ed entrare nella serra, migliorare l'efficienza della fotosintesi delle colture e aumentare la resa delle colture. Il vetro di dispersione trasforma la luce entrando nella serra in luce sparsa attraverso motivi speciali e la luce sparsa può essere irradiata in modo più uniforme nella serra, eliminando l'influenza ombra dello scheletro sulla serra. Rispetto al normale vetro galleggiante e al vetro galleggiante ultra-bianco, lo standard di trasmittanza della luce del vetro di dispersione è del 91,5%e quello del normale vetro galleggiante è dell'88%. Per ogni aumento dell'1% della trasmittanza della luce all'interno della serra, la resa può essere aumentata di circa il 3% e sono aumentati lo zucchero solubile e la vitamina C in frutta e verdura. Il vetro di scattering nella serra è prima rivestito e poi temperato e il tasso di esplosione di sé è superiore allo standard nazionale, raggiungendo 2 ‰.

Ricerca e applicazione di nuovi materiali di isolamento termico

I tradizionali materiali di isolamento termico nella serra includono principalmente il tappetino di paglia, la trapunta di carta, la trapunta di isolamento termico in feltro aghi, ecc. . La maggior parte di loro ha il difetto di perdere le prestazioni dell'isolamento termico a causa dell'umidità interna dopo un uso a lungo termine. Pertanto, ci sono molte applicazioni di nuovi materiali di isolamento termico elevato, tra cui la nuova trapunta di isolamento termico, la conservazione del calore e i dispositivi di raccolta del calore sono al centro della ricerca.

Nuovi materiali di isolamento termico vengono generalmente realizzati mediante materiali impermeabili e resistenti alla superficie e resistenza all'invecchiamento come pellicola tessuta e feltro rivestito con soffice materiale di isolamento termico come cotone con rivestimento a spruzzo, cashmere vario e cotone perla. Una trapunta di isolamento termico in cotone con rivestimento a spruzzo tessuto è stata testata nella Cina nord-orientale. È stato scoperto che l'aggiunta di 500 g di cotone con rivestimento a spruzzo era equivalente alle prestazioni di isolamento termico della trapunta di isolamento termico in feltro nero da 4500 g sul mercato. Nelle stesse condizioni, le prestazioni di isolamento termico del cotone con rivestimento a spruzzo da 700 g sono state migliorate di 1 ~ 2 ℃ rispetto a quella della trapunta di isolamento termico con rivestimento a spruzzo con rivestimento a spruzzo a spruzzo. Allo stesso tempo, altri studi hanno anche scoperto che rispetto alle trapunte di isolamento termico comunemente utilizzate sul mercato, l'effetto di isolamento termico del cotone rivestito a spruzzo e le trapunte di isolamento termico di Cashmere vari è migliore, con i tassi di isolamento termico dell'84,0% e 83,3 %rispettivamente. Quando la temperatura esterna più fredda è -24,4 ℃, la temperatura interna può raggiungere rispettivamente 5,4 e 4,2 ℃. Rispetto alla trapunta isolante per coperta a paglia singola, la nuova trapunta isolante composita presenta i vantaggi di un peso leggero, un alto tasso di isolamento, una forte resistenza impermeabile e di invecchiamento e può essere utilizzata come nuovo tipo di materiale isolante ad alta efficienza per le serre solari.

Allo stesso tempo, secondo la ricerca dei materiali di isolamento termico per i dispositivi di raccolta e conservazione del calore della serra, si scopre anche che quando lo spessore è lo stesso, i materiali di isolamento termico composito a più livelli hanno migliori prestazioni di isolamento termico rispetto ai singoli materiali. Il team del professor Li Jianming della Northwest A&F University ha progettato e sottoposto a screening 22 tipi di materiali di isolamento termico dei dispositivi di stoccaggio delle acque a serra, come la scheda a vuoto, i airgel e il cotone in gomma e hanno misurato le loro proprietà termiche. I risultati hanno mostrato che il rivestimento di isolamento termico da 80 mm+Airgel+Isolamento termico in plastica in gomma in gomma Il materiale isolante composito composito potrebbe ridurre la dissipazione del calore di 0,367 mjj per unità di tempo rispetto al cotone in gomma da 80 mm e il suo coefficiente di trasferimento di calore era 0,283W/(M2 · K) Quando lo spessore della combinazione di isolamento era di 100 mm.

Il materiale di cambio di fase è uno dei punti caldi nella ricerca sui materiali in serra. L'Università A&F nord -occidentale ha sviluppato due tipi di dispositivi di stoccaggio dei materiali di cambio di fase: uno è una scatola di stoccaggio fatta di polietilene nero, che ha una dimensione di 50 cm × 30 cm × 14 cm (lunghezza × altezza × spessore) ed è riempita con materiali di cambio di fase, quindi che può conservare il calore e rilasciare calore; In secondo luogo, viene sviluppato un nuovo tipo di wallboard di cambiamento di fase. Il wallboard di cambio di fase è costituito da materiale di cambiamento di fase, piastra di alluminio, piastra di plastica in alluminio e lega di alluminio. Il materiale di cambio di fase si trova nella posizione più centrale del wallboard e la sua specifica è 200 mm × 200 mm × 50 mm. È un solido polveroso prima e dopo il cambio di fase e non esiste un fenomeno di fusione o flusso. Le quattro pareti del materiale di cambiamento di fase sono la piastra di alluminio e la piastra di plastica in alluminio, rispettivamente. Questo dispositivo può realizzare le funzioni di conservazione principalmente del calore durante il giorno e di rilasciare principalmente il calore di notte.

Pertanto, ci sono alcuni problemi nell'applicazione di un singolo materiale di isolamento termico, come bassa efficienza di isolamento termico, grande perdita di calore, breve tempo di conservazione del calore, ecc. Pertanto, utilizzando materiale di isolamento termico composito come strato di isolamento termico e isolamento termico interno ed esterno La copertura dello strato di dispositivo di conservazione del calore può migliorare efficacemente le prestazioni dell'isolamento termico della serra, ridurre la perdita di calore della serra e quindi raggiungere l'effetto del risparmio di energia.

Ricerca e applicazione del nuovo muro

Come una specie di struttura di recinzione, il muro è un'importante barriera per la protezione a freddo della serra e la conservazione del calore. Secondo i materiali e le strutture del muro, lo sviluppo della parete settentrionale della serra può essere diviso in tre tipi: la parete a strato a strato fatto di terreno, mattoni, ecc. E la parete settentrionale a strati fatta di mattoni di argilla, mattoni bloccati, mattoni, mattoni bloccati, mattoni bloccano i mattoni, i mattoni bloccate Schede di polistirene, ecc., Con conservazione del calore interno e isolamento del calore esterno, e la maggior parte di queste pareti richiede tempo e ad alta intensità di manodopera; Pertanto, negli ultimi anni, sono apparsi molti nuovi tipi di muri, che sono facili da costruire e adatti per un rapido assemblaggio.

L'emergere di pareti assemblate di nuovo tipo promuove il rapido sviluppo di serre assemblate, tra cui pareti composite di nuovo tipo con materiali e materiali superficiali impermeabili e anti-invecchiamento esterni come feltro, cotone perle, cotone spaziale, cotone in vetro o cotone riciclato Strati di isolamento, come pareti flessibili assemblate di cotone legato a spruzzo nello Xinjiang. Inoltre, altri studi hanno anche riportato la parete settentrionale della serra assemblata con strato di conservazione del calore, come il blocco di mortaio con shell di grano pieno di mattoni nello Xinjiang. Nello stesso ambiente esterno, quando la temperatura esterna più bassa è di -20,8 ℃, la temperatura nella serra solare con la parete composita a blocchi di mortaio con shell di grano è di 7,5 ℃, mentre la temperatura nella serra solare con parete intremate in mattoni è di 3,2 ℃. Il tempo di raccolta del pomodoro nella serra di mattoni può essere avanzato di 16 giorni e la resa della singola serra può essere aumentata del 18,4%.

Il team della struttura della Northwest A&F University ha presentato l'idea di progettazione di realizzare materiali di paglia, suolo, acqua, pietra e cambiamenti di fase in isolamento termico e moduli di accumulo di calore dall'angolo di luce e dal design a parete semplificato, che ha promosso la ricerca applicativa del montaggio modulare parete. Ad esempio, rispetto alla normale serra del muro di mattoni, la temperatura media nella serra è di 4,0 ℃ in più in una tipica giornata di sole. Tre tipi di moduli di cemento inorganici di fase di fase, che sono realizzati in materiale di cambio di fase (PCM) e cemento, hanno accumulato calore di 74,5, 88,0 e 95,1 mj/m³e rilasciato calore di 59,8, 67,8 e 84,2 mj/m³, rispettivamente. Hanno le funzioni del "picco di taglio" di giorno, "riempimento della valle" di notte, assorbendo il calore in estate e rilasciando calore in inverno.

Queste nuove pareti sono assemblate in loco, con breve periodo di costruzione e una lunga durata di servizio, che creano condizioni per la costruzione di serre prefabbricate di luce, semplificate e rapidamente assemblate e possono promuovere notevolmente la riforma strutturale delle serre. Tuttavia, ci sono alcuni difetti in questo tipo di parete, come la parete della trapunta di isolamento termico in cotone legato a spruzzo ha un'eccellente prestazione di isolamento termico, ma manca di capacità di conservazione del calore e il materiale di costruzione del cambio di fase ha il problema dei costi elevati di utilizzo. In futuro, la ricerca sull'applicazione del muro assemblato dovrebbe essere rafforzata.

Nuova energia, nuovi materiali e nuovi design aiutano la struttura della serra a cambiare.

La ricerca e l'innovazione di nuove energie e nuovi materiali forniscono le basi per l'innovazione del design della serra. La serra solare a risparmio energetico e l'arco sono le più grandi strutture per la produzione agricola cinese e svolgono un ruolo importante nella produzione agricola. Tuttavia, con lo sviluppo dell'economia sociale cinese, le carenze dei due tipi di strutture di struttura sono sempre più presentate. Innanzitutto, lo spazio delle strutture delle strutture è piccolo e il grado di meccanizzazione è basso; In secondo luogo, la serra solare a risparmio energetico ha un buon isolamento termico, ma l'uso del suolo è basso, il che equivale a sostituire l'energia della serra con terra. L'arco normale non ha solo un piccolo spazio, ma ha anche uno scarso isolamento termico. Sebbene la serra multi-campata abbia un ampio spazio, ha uno scarso isolamento termico e un elevato consumo di energia. Pertanto, è indispensabile ricercare e sviluppare la struttura a serra adatta all'attuale livello sociale ed economico della Cina e la ricerca e lo sviluppo di nuove energie e nuovi materiali aiuteranno la struttura della serra a cambiare e produrre una varietà di modelli o strutture innovative in serra.

Ricerca innovativa sulla serra di birra asimmetrica a vasca a valle

La serra di birra asimmetrica a vasca a vasca a vasca (Numero di brevetto: ZL 201220391214.2) si basa sul principio della serra della luce solare, cambiando la struttura simmetrica della normale serra di plastica, aumentando la campata del sud, aumentando l'area di illuminazione del tetto meridionale, riducendo la campata settentrionale e riducendo l'area di dissipazione del calore, con una durata di 18 ~ 24 m e un'altezza della cresta di 6 ~ 7 m. Attraverso l'innovazione del design, la struttura spaziale è stata significativamente aumentata. Allo stesso tempo, i problemi di calore insufficiente nella serra in inverno e lo scarso isolamento termico di materiali di isolamento termico comune sono risolti utilizzando nuove tecnologie di calore di biomassa e materiali di isolamento termico. I risultati della produzione e della ricerca mostrano che la serra di birra asimmetrica a valle a vasca, con una temperatura media di 11,7 ℃ nei giorni di sole e 10,8 ℃ nei giorni nuvolosi, può soddisfare la domanda di crescita delle colture in inverno e il costo di costruzione del costo di costruzione La serra è ridotta del 39,6% e il tasso di utilizzo del terreno è aumentato di oltre il 30% rispetto a quello della serra del muro di mattoni in polistirolo, che è adatto per un'ulteriore divulgazione e applicazione in giallo Bacino del fiume Huaihe della Cina.

Serra della luce solare assemblata

La serra della luce solare assemblata prende colonne e scheletro del tetto come struttura portante e il suo materiale a parete è principalmente un recinto di isolamento termico, anziché il cuscinetto e la conservazione e il rilascio del calore passivo. Principalmente: (1) si forma un nuovo tipo di parete assemblato combinando vari materiali come pellicola rivestita o piastra in acciaio a colori, blocco di paglia, trapunta di isolamento termico flessibile, blocco di mortaio, ecc. (2) Scheda a parete composita realizzata in prefabbricata -Polystyrene Board-Cement Board; (3) Tipo di assemblaggio leggero e semplice di materiali di isolamento termico con sistema di accumulo e rilascio di calore e sistema di deumidificazione, come la conservazione del calore del secchio quadrato di plastica e la conservazione del calore della tubazione. L'uso di diversi nuovi materiali di isolamento termico e materiali di conservazione del calore anziché parete tradizionale per la costruzione di una serra solare ha un ampio spazio e una piccola ingegneria civile. I risultati sperimentali mostrano che la temperatura della serra di notte in inverno è di 4,5 ℃ superiore a quella della tradizionale serra della parete in mattoni e lo spessore della parete posteriore è di 166 mm. Rispetto alla serra della parete in mattoni spessa 600 mm, l'area occupata del muro è ridotta del 72%e il costo per metro quadrato è di 334,5 yuan, che è di 157,2 yuan inferiore a quello della serra della parete in mattoni e il costo della costruzione è diminuito in modo significativo. Pertanto, la serra riunita ha i vantaggi della distruzione del terreno meno coltivata, del risparmio di terra, della velocità di costruzione rapida e della lunga durata di servizio, ed è una direzione chiave per l'innovazione e lo sviluppo delle serre solari al momento e in futuro.

Serra della luce solare scorrevole

La serra solare a risparmio di energia assemblata di skateboard sviluppata dalla Shenyang Agricultural University utilizza la parete posteriore della serra solare per formare un sistema di stoccaggio del calore a parete circolante per conservare il calore e aumentare la temperatura, che è composta principalmente da una piscina (32 m³), una piastra di raccolta della luce (360 m²), una pompa dell'acqua, un tubo d'acqua e un controller. La trapunta di isolamento termico flessibile è sostituita da un nuovo materiale di piastra in acciaio color lana leggera di roccia nella parte superiore. La ricerca mostra che questo design risolve efficacemente il problema del bloccare i timpani e aumenta l'area di ingresso della luce della serra. L'angolo di illuminazione della serra è di 41,5 °, che è quasi 16 ° superiore a quello della serra di controllo, migliorando così la velocità di illuminazione. La distribuzione della temperatura interna è uniforme e le piante crescono ordinatamente. La serra ha i vantaggi di migliorare l'efficienza dell'uso del suolo, progettare in modo flessibile le dimensioni della serra e accorciare il periodo di costruzione, il che è di grande significato per la protezione delle risorse e dell'ambiente coltivate.

Serra fotovoltaica

La serra agricola è una serra che integra la generazione di energia solare fotovoltaica, il controllo intelligente della temperatura e la moderna piantagione ad alta tecnologia. Adotta un telaio osseo in acciaio ed è coperto da moduli solari fotovoltaici per garantire i requisiti di illuminazione dei moduli di generazione di energia fotovoltaica e i requisiti di illuminazione dell'intera serra. La corrente continua generata dall'energia solare integra direttamente la luce delle serre agricole, supporta direttamente il normale funzionamento delle attrezzature a serra, guida l'irrigazione delle risorse idriche, aumenta la temperatura della serra e promuove la rapida crescita delle colture. I moduli fotovoltaici in questo modo influenzeranno l'efficienza di illuminazione del tetto della serra e quindi influenzerà la normale crescita delle verdure serra. Pertanto, il layout razionale dei pannelli fotovoltaici sul tetto della serra diventa il punto chiave dell'applicazione. La serra agricola è il prodotto della combinazione biologica di visite turistiche e giardinaggio delle strutture ed è un'innovativa industria agricola che integra la generazione di energia fotovoltaica, il turistico agricolo, le colture agricole, la tecnologia agricola, la tecnologia agricola, il paesaggio e lo sviluppo culturale.

Progettazione innovativa del gruppo serra con interazione energetica tra i diversi tipi di serre

Guo Wenzhong, ricercatore della Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, usa il metodo di riscaldamento del trasferimento di energia tra le serre per raccogliere l'energia termica rimanente in una o più serre per riscaldare un altro o più serre. Questo metodo di riscaldamento realizza il trasferimento di energia serra nel tempo e nello spazio, migliora l'efficienza di utilizzo dell'energia della rimanente energia termica serra e riduce il consumo totale di energia di riscaldamento. I due tipi di serre possono essere diversi tipi di serra o lo stesso tipo di serra per piantare varie colture, come lattuga e le serre di pomodoro. I metodi di raccolta del calore includono principalmente l'estrazione di calore d'aria interna e le radiazioni incidenti direttamente. Attraverso la raccolta di energia solare, convezione forzata mediante scambiatore di calore e estrazione forzata mediante pompa di calore, il calore in eccesso nella serra ad alta energia è stato estratto per il riscaldamento della serra.

riassumere

Queste nuove serre solari hanno i vantaggi del rapido assemblaggio, il periodo di costruzione abbreviato e il miglioramento del tasso di utilizzo del suolo. Pertanto, è necessario esplorare ulteriormente le prestazioni di queste nuove serre in diverse aree e fornire la possibilità per la divulgazione su larga scala e l'applicazione di nuove serre. Allo stesso tempo, è necessario rafforzare continuamente l'applicazione di nuove energie e nuovi materiali nelle serre, in modo da fornire energia per la riforma strutturale delle serre.

Prospettiva e pensiero futuri

Le serre tradizionali hanno spesso alcuni svantaggi, come un alto consumo di energia, un basso tasso di utilizzo del terreno, che richiede tempo e che consumano il lavoro, scarse prestazioni, ecc. eliminato. Pertanto, è una tendenza allo sviluppo utilizzare nuove fonti energetiche come energia solare, energia della biomassa, energia geotermica e energia eolica, nuovi materiali di applicazione della serra e nuovi progetti per promuovere il cambiamento strutturale della serra. Prima di tutto, la nuova serra guidata da nuove energie e nuovi materiali non dovrebbe solo soddisfare le esigenze del funzionamento meccanizzato, ma anche risparmiare energia, terra e costi. In secondo luogo, è necessario esplorare costantemente le prestazioni di nuove serre in diverse aree, in modo che le condizioni toprovide per la divulgazione su larga scala delle serre. In futuro, dovremmo cercare ulteriormente nuovi energia e nuovi materiali adatti all'applicazione della serra e trovare la migliore combinazione di nuove energie, nuovi materiali e serra, in modo da consentire di costruire una nuova serra a basso costo e breve costruzione a breve Il periodo, il basso consumo di energia e le prestazioni eccellenti, aiutano la struttura delle serre a cambiare e promuovono lo sviluppo di modernizzazione delle serre in Cina.

Sebbene l'applicazione di nuove energie, nuovi materiali e nuovi progetti nella costruzione della serra sia una tendenza inevitabile, ci sono ancora molti problemi da studiare e superare: (1) i costi di costruzione aumentano. Rispetto al riscaldamento tradizionale con carbone, gas naturale o petrolio, l'applicazione di nuovi energia e nuovi materiali è ecologica e priva di inquinamento, ma il costo di costruzione è significativamente aumentato, il che ha un certo impatto sul recupero degli investimenti della produzione e del funzionamento . Rispetto all'utilizzo dell'energia, il costo dei nuovi materiali sarà significativamente aumentato. (2) Utilizzo instabile dell'energia termica. Il più grande vantaggio del nuovo utilizzo dell'energia è il basso costo operativo e l'emissione di anidride a basso contenuto di carbonio, ma la fornitura di energia e calore è instabile e i giorni nuvolosi diventano il più grande fattore limitante nell'utilizzo dell'energia solare. Nel processo di produzione di calore di biomassa mediante fermentazione, l'utilizzo effettivo di questa energia è limitato dai problemi di energia termica a bassa fermentazione, gestione e controllo difficile e ampio spazio di stoccaggio per il trasporto di materie prime. (3) Maturità tecnologica. Queste tecnologie utilizzate da nuove energie e nuovi materiali sono ricerche avanzate e risultati tecnologici e la loro area di applicazione e portata sono ancora piuttosto limitate. Non sono passati molte volte, molti siti e verifica della pratica su larga scala, e ci sono inevitabilmente alcune carenze e contenuti tecnici che devono essere migliorati nell'applicazione. Gli utenti negano spesso il progresso della tecnologia a causa delle carenze minori. (4) Il tasso di penetrazione della tecnologia è basso. L'ampia applicazione di un risultato scientifico e tecnologico richiede una certa popolarità. Al momento, la nuova energia, la nuova tecnologia e la nuova tecnologia di progettazione di serra sono tutti nel team di centri di ricerca scientifica nelle università con determinate capacità di innovazione e la maggior parte dei richiedenti o designer tecnici non lo sanno ancora; Allo stesso tempo, la divulgazione e l'applicazione di nuove tecnologie sono ancora piuttosto limitate perché le attrezzature principali delle nuove tecnologie sono brevettate. (5) L'integrazione di nuove energie, nuovi materiali e progettazione della struttura serra deve essere ulteriormente rafforzata. Poiché l'energia, i materiali e il design della struttura serra appartengono a tre diverse discipline, i talenti con esperienza di progettazione in serra spesso mancano di ricerche sull'energia e sui materiali legati alla serra e viceversa; Pertanto, i ricercatori relativi alla ricerca sull'energia e sui materiali devono rafforzare le indagini e la comprensione delle esigenze effettive dello sviluppo del settore della serra e i progettisti strutturali dovrebbero anche studiare nuovi materiali e nuove energia per promuovere la profonda integrazione delle tre relazioni, in modo da raggiungere L'obiettivo della tecnologia pratica di ricerca in serra, i bassi costi di costruzione e l'effetto di buon uso. Sulla base dei problemi di cui sopra, si suggerisce che lo stato, i governi locali e i centri di ricerca scientifica debbano intensificare la ricerca tecnica, svolgere una ricerca congiunta in profondità, rafforzare la pubblicità dei risultati scientifici e tecnologici, migliorare la divulgazione dei risultati e realizzare rapidamente il Obiettivo di nuove energie e nuovi materiali per aiutare il nuovo sviluppo dell'industria serra.

Informazioni citate

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Nuova energia, nuovi materiali e nuovo design aiutano la nuova rivoluzione della serra [J]. Verdure, 2022, (10): 1-8.