Li Jianming, Sun Guotao, ecc.Tecnologia di ingegneria agricola orticola in serra21-11-2022 17:42 Pubblicato a Pechino
Negli ultimi anni, l'industria della serra è stata vigorosamente sviluppata.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'approvvigionamento di frutta e verdura in bassa stagione.Tuttavia, anche la serra ha incontrato 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 design per cambiare la struttura della serra e sono urgentemente necessarie nuove fonti di energia per raggiungere gli scopi del risparmio energetico e della protezione ambientale e aumentare la produzione e il reddito.
Questo articolo discute il tema di "nuova energia, nuovi materiali, nuovo design per aiutare la nuova rivoluzione della serra", compresa la ricerca e l'innovazione dell'energia solare, dell'energia da biomassa, dell'energia geotermica e di altre nuove fonti energetiche in serra, la ricerca e l'applicazione di nuovi materiali per coperture, isolamento termico, pareti e altre attrezzature, e la prospettiva futura e il pensiero di nuove energie, nuovi materiali e nuovo design per aiutare la riforma della serra, in modo da fornire un riferimento per l'industria.
Lo sviluppo dell'agricoltura facilitata è il requisito politico e la scelta inevitabile per attuare lo spirito delle importanti istruzioni e il 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 della produzione supererà 1 trilione di yuan.È un modo importante per migliorare la capacità di produzione della serra per migliorare l'illuminazione della serra e le prestazioni di isolamento termico attraverso nuova energia, nuovi materiali e un nuovo design della serra.Ci sono molti svantaggi nella tradizionale produzione di serre, come carbone, olio combustibile e altre fonti energetiche utilizzate per il riscaldamento e il riscaldamento nelle serre tradizionali, con conseguente grande quantità di anidride carbonica, che inquina gravemente l'ambiente, mentre il gas naturale, l'energia elettrica e altre fonti energetiche aumentano il costo operativo delle serre.I tradizionali materiali di accumulo del calore per le pareti delle serre sono principalmente argilla e mattoni, che consumano molto e causano gravi danni alle risorse del suolo.L'efficienza dell'uso del suolo della tradizionale serra solare con parete di terra è solo del 40% ~ 50% e la serra ordinaria ha una scarsa capacità di accumulo di calore, quindi non può sopravvivere durante l'inverno per produrre verdure calde nel nord della Cina.Pertanto, il fulcro della promozione del cambiamento dell'effetto serra, o ricerca di base, risiede nella progettazione, nella ricerca e nello sviluppo di nuovi materiali e di nuove energie in serre.Questo articolo si concentrerà sulla ricerca e l'innovazione di nuove fonti energetiche in serra, riassumerà lo stato della ricerca di nuove fonti energetiche come l'energia solare, l'energia da biomasse, l'energia geotermica, l'energia eolica e nuovi materiali di copertura trasparente, materiali per l'isolamento termico e materiali per pareti in serra, analizza l'applicazione di nuova energia e nuovi materiali nella costruzione di nuove serre e attende con impazienza il loro ruolo nel futuro sviluppo e trasformazione della serra.
Ricerca e Innovazione della Serra di Nuova Energia
La nuova energia verde con il maggior potenziale di utilizzo agricolo comprende l'energia solare, l'energia geotermica e l'energia da biomassa, o l'utilizzo completo di una varietà di nuove fonti energetiche, in modo da ottenere un uso efficiente dell'energia imparando dai reciproci punti di forza.
energia/energia solare
La tecnologia dell'energia solare è una modalità di approvvigionamento energetico a basse emissioni di carbonio, efficiente e sostenibile ed è una componente importante delle industrie strategiche emergenti 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 per l'utilizzo dell'energia solare.Attraverso l'effetto serra, l'energia solare viene raccolta all'interno, la temperatura della serra viene aumentata e viene fornito il calore necessario per la crescita delle colture.La principale fonte di energia della fotosintesi delle piante in serra è la luce solare diretta, che è l'utilizzo diretto dell'energia solare.
01 Produzione di energia fotovoltaica per generare calore
La generazione di energia fotovoltaica è una tecnologia che converte direttamente l'energia luminosa in energia elettrica basata sull'effetto fotovoltaico.L'elemento chiave di questa tecnologia è la cella solare.Quando l'energia solare risplende sulla schiera di pannelli solari in serie o in parallelo, i componenti semiconduttori convertono direttamente l'energia della radiazione solare in energia elettrica.La tecnologia fotovoltaica può convertire direttamente l'energia luminosa in energia elettrica, immagazzinare elettricità tramite batterie e riscaldare la serra di notte, ma il suo costo elevato ne limita l'ulteriore sviluppo.Il gruppo di ricerca ha sviluppato un dispositivo di riscaldamento fotovoltaico in grafene, costituito da pannelli fotovoltaici flessibili, una macchina di controllo inverso all-in-one, una batteria di accumulo e un'asta riscaldante in grafene.In base alla lunghezza della linea di semina, l'asta riscaldante in grafene è sepolta sotto il sacco del substrato.Durante il giorno, i pannelli fotovoltaici assorbono la radiazione solare per generare elettricità e immagazzinarla nella batteria di accumulo, quindi l'elettricità viene rilasciata di notte per la barra riscaldante in grafene.Nella misurazione effettiva, viene adottata la modalità di controllo della temperatura che inizia a 17 ℃ e si chiude a 19 ℃.Funzionando di notte (20:00-08:00 il secondo giorno) per 8 ore, il consumo energetico per il riscaldamento di una singola fila di piante è di 1,24 kW·h e la temperatura media del sacco del substrato durante la 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 fotovoltaica risolve i problemi di elevato consumo energetico e alto inquinamento nel riscaldamento delle serre in inverno.
02 conversione e utilizzazione fototermica
La conversione fototermica solare si riferisce all'uso di una speciale superficie di raccolta della luce solare realizzata con materiali di conversione fototermica per raccogliere e assorbire quanta più energia solare possibile irradiata su di essa e convertirla in energia termica.Rispetto alle applicazioni fotovoltaiche solari, le applicazioni fototermiche solari aumentano l'assorbimento della banda del vicino infrarosso, quindi ha una maggiore efficienza di utilizzo dell'energia solare, costi inferiori e tecnologia matura ed è il modo più utilizzato di utilizzo dell'energia solare.
La tecnologia più matura di conversione e utilizzo fototermico in Cina è il collettore solare, il cui componente principale è il nucleo della piastra che assorbe il calore con rivestimento di assorbimento selettivo, che può convertire l'energia della radiazione solare che passa attraverso la piastra di copertura in energia termica e trasmettere al mezzo di lavoro che assorbe il calore.I collettori solari possono essere suddivisi in due categorie a seconda che vi sia o meno un vuoto nel collettore: collettori solari piani e collettori solari a tubi sottovuoto;collettori solari a concentrazione e collettori solari non a concentrazione a seconda che la radiazione solare in corrispondenza della luce diurna cambi direzione;e collettori solari liquidi e collettori solari ad aria in base al tipo di mezzo di lavoro per il trasferimento del calore.
L'utilizzo dell'energia solare in serra avviene principalmente attraverso vari tipi di collettori solari.L'Università Ibn Zor in Marocco ha sviluppato un sistema attivo di riscaldamento a energia solare (ASHS) per il riscaldamento delle serre, che può aumentare la produzione totale di pomodori del 55% in inverno.La China Agricultural University ha progettato e sviluppato una serie di sistemi di raccolta e scarico del ventilatore di raffreddamento superficiale, con una capacità di raccolta del calore di 390,6 ~ 693,0 MJ, e ha avanzato l'idea di separare il processo di raccolta del calore dal processo di accumulo del calore mediante pompa di calore.L'Università di Bari in Italia ha sviluppato un sistema di riscaldamento a poligenerazione in serra, che consiste in un sistema di energia solare e una pompa di calore aria-acqua, in grado di aumentare la temperatura dell'aria del 3,6% e la temperatura del suolo del 92%.Il gruppo di ricerca ha sviluppato una sorta di apparecchiatura attiva di raccolta del calore solare con angolo di inclinazione variabile per la serra solare e un dispositivo di accumulo del calore di supporto per il corpo idrico della serra attraverso il tempo.La tecnologia di raccolta del calore solare attivo con inclinazione variabile rompe i limiti delle tradizionali apparecchiature di raccolta del calore in serra, come la limitata capacità di raccolta del calore, l'ombreggiamento e l'occupazione di terreni coltivati.Utilizzando la speciale struttura della serra della serra solare, lo spazio non piantato della serra è completamente utilizzato, il che migliora notevolmente l'efficienza di utilizzo dello spazio della serra.In condizioni tipiche di lavoro soleggiato, 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 accumulo di calore in serra, viene impostata la struttura di accumulo di calore a cambiamento multifase, la capacità di accumulo di calore del dispositivo di accumulo di calore viene aumentata e viene realizzato il lento rilascio di calore dal dispositivo, in modo da realizzare l'uso efficiente di il calore raccolto dall'apparecchiatura di raccolta del calore solare della serra.
energia da biomassa
Viene costruita una nuova struttura della struttura combinando il dispositivo di produzione di calore a biomassa con la serra e le materie prime della biomassa come letame di maiale, residui di funghi e paglia vengono compostate per produrre calore e l'energia termica generata viene fornita direttamente alla serra [ 5].Rispetto alla serra senza serbatoio di riscaldamento per la fermentazione della biomassa, la serra riscaldante può aumentare efficacemente la temperatura del suolo nella serra e mantenere la corretta temperatura delle radici delle colture coltivate nel terreno nel clima normale in inverno.Prendendo come esempio una serra a isolamento termico asimmetrico monostrato con una campata di 17 m e una lunghezza di 30 m, aggiungendo 8 m di rifiuti agricoli (paglia di pomodoro e letame misto) nel serbatoio di fermentazione interno per la fermentazione naturale senza ribaltare il contenitore aumentare la temperatura media giornaliera della serra di 4,2 ℃ in inverno e la temperatura media giornaliera minima può raggiungere 4,6 ℃.
L'utilizzo energetico della fermentazione controllata della biomassa è un metodo di fermentazione che utilizza strumenti e attrezzature per controllare il processo di fermentazione al fine di ottenere rapidamente e utilizzare in modo efficiente l'energia termica della biomassa e il fertilizzante gas CO2, tra cui la ventilazione e l'umidità sono i fattori chiave per regolare il calore di fermentazione e produzione di gas di biomassa.In condizioni ventilate, i microrganismi aerobici nel cumulo di fermentazione utilizzano l'ossigeno per le attività della vita e parte dell'energia generata viene utilizzata per le proprie attività della vita e parte dell'energia viene rilasciata nell'ambiente come energia termica, che è benefica per la temperatura aumento dell'ambiente.L'acqua partecipa all'intero processo di fermentazione, fornendo i nutrienti solubili necessari per le attività microbiche, e allo stesso tempo rilasciando il calore del cumulo sotto forma di vapore attraverso l'acqua, in modo da ridurre la temperatura del cumulo, prolungare la vita di microrganismi e aumentare la temperatura di massa del cumulo.L'installazione di un dispositivo di lisciviazione della 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 geotermica, che può trasferire dall'energia termica di bassa qualità all'energia termica di alta qualità immettendo una piccola quantità di energia di alta qualità (come energia elettrica).Diversamente dalle tradizionali misure di riscaldamento della serra, il riscaldamento a pompa di calore geotermica 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 applicativa della pompa di calore geotermica nel campo dell'edilizia abitativa è matura.La parte centrale che influisce sulla capacità di riscaldamento e raffreddamento della pompa di calore geotermica è il modulo di scambio termico sotterraneo, che comprende principalmente tubazioni interrate, pozzi sotterranei, ecc. Come progettare un sistema di scambio termico sotterraneo con costi ed effetti equilibrati è sempre stato utile stato oggetto di ricerca di questa parte.Allo stesso tempo, il cambiamento della temperatura dello strato di terreno sotterraneo nell'applicazione della pompa di calore geotermica influisce anche sull'effetto di utilizzo del sistema a pompa di calore.L'utilizzo della pompa di calore geotermica per raffreddare la serra in estate e immagazzinare l'energia termica nello strato profondo del suolo può alleviare la caduta di temperatura dello strato sotterraneo del suolo e migliorare l'efficienza di produzione di calore della pompa di calore geotermica in inverno.
Allo stato attuale, nella ricerca delle prestazioni e dell'efficienza della pompa di calore geotermica, attraverso i dati sperimentali effettivi, viene stabilito un modello numerico con software come TOUGH2 e TRNSYS, e si conclude che le prestazioni di riscaldamento e il coefficiente di prestazione (COP ) della pompa di calore geotermica può raggiungere 3,0 ~ 4,5, che ha un buon effetto di raffreddamento e riscaldamento.Nella ricerca della strategia operativa del sistema a pompa di calore, Fu Yunzhun e altri hanno scoperto che rispetto al flusso lato carico, il flusso lato sorgente geotermica ha un impatto maggiore sulle prestazioni dell'unità e sulle prestazioni di trasferimento del calore del tubo interrato .In condizioni di impostazione del flusso, il valore COP massimo dell'unità può raggiungere 4,17 adottando lo schema operativo di funzionamento per 2 ore e arresto per 2 ore;Shi Huixian et.ha adottato una modalità di funzionamento intermittente del sistema di raffreddamento ad accumulo d'acqua.In estate, quando la temperatura è alta, il COP dell'intero sistema di approvvigionamento energetico può raggiungere 3,80.
Tecnologia di accumulo di calore del suolo profondo in serra
L'accumulo di calore del suolo profondo in serra è anche chiamato "banca di accumulo di calore" in serra.I danni da freddo in inverno e le alte temperature in estate sono i principali ostacoli alla produzione in serra.Sulla base della forte capacità di accumulo di calore del suolo profondo, il gruppo di ricerca ha progettato un dispositivo di accumulo di calore profondo sotterraneo per serre.Il dispositivo è una conduttura di trasferimento del calore parallela a doppio strato sepolta a una profondità di 1,5 ~ 2,5 m sottoterra nella serra, con una presa d'aria nella parte superiore della serra e un'uscita dell'aria sul terreno.Quando la temperatura nella serra è alta, l'aria interna viene pompata forzatamente nel terreno da un ventilatore per realizzare l'accumulo di 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 ℃ durante il giorno estivo e aumentare la resa del pomodoro di 1500 kg in 667 m2.Il dispositivo sfrutta appieno le caratteristiche di "caldo d'inverno e fresco d'estate" e "temperatura costante" del suolo sotterraneo profondo, fornisce una "banca di accesso all'energia" per la serra e completa continuamente le funzioni ausiliarie di raffreddamento e riscaldamento della serra .
Coordinazione multienergetica
L'utilizzo di due o più tipi di energia per riscaldare la serra può effettivamente compensare gli svantaggi del singolo tipo di energia e dare spazio all'effetto di sovrapposizione di "uno più uno è maggiore di due".La cooperazione complementare tra l'energia geotermica e l'energia solare è un hotspot di ricerca del nuovo utilizzo dell'energia nella produzione agricola negli ultimi anni.Emi et.ha studiato un sistema energetico multi-sorgente (Figura 1), che è dotato di un collettore solare ibrido fotovoltaico-termico.Rispetto al comune sistema a pompa di calore aria-acqua, l'efficienza energetica del sistema energetico multi-sorgente è migliorata del 16%~25%.Zheng et.sviluppato un nuovo tipo di sistema di accumulo di calore accoppiato di energia solare e pompa di calore geotermica.Il sistema di collettori solari può realizzare un accumulo stagionale di riscaldamento di alta qualità, ovvero un riscaldamento di alta qualità in inverno e un raffreddamento di alta qualità in estate.Lo scambiatore di calore a tubi interrati e il serbatoio di accumulo di calore intermittente possono tutti funzionare bene nel sistema e il valore 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'approvvigionamento di energia solare in serra.Wan Ya et.proporre un nuovo schema di tecnologia di controllo intelligente per combinare la generazione di energia solare con l'energia commerciale per il riscaldamento delle serre, che può utilizzare l'energia fotovoltaica quando c'è luce e trasformarla in energia commerciale quando non c'è luce, riducendo notevolmente la carenza di potenza del carico tasso, e riducendo 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 raggiungere un'elevata efficienza di riscaldamento.Zhang Liangrui e altri hanno combinato la raccolta del calore del tubo sottovuoto solare con il serbatoio dell'acqua di accumulo del calore dell'elettricità della valle.Il sistema di riscaldamento della 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.Viene impostata la temperatura più bassa di ingresso dell'acqua all'estremità del riscaldamento e la strategia di funzionamento del sistema viene determinata in base alla temperatura di accumulo dell'acqua della parte di raccolta del calore solare e della parte di accumulo del calore della biomassa, in modo da ottenere una temperatura di riscaldamento stabile al fine del riscaldamento e risparmiare al massimo energia elettrica e materiali energetici da biomassa.
Ricerca innovativa e applicazione di nuovi materiali per serre
Con l'espansione dell'area della serra, vengono sempre più rivelati gli svantaggi applicativi dei tradizionali materiali per serre come mattoni e terra.Pertanto, al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni termiche della serra e soddisfare le esigenze di sviluppo della serra moderna, sono numerose le ricerche e le applicazioni di nuovi materiali di copertura trasparente, materiali per l'isolamento termico e materiali per pareti.
Ricerca e applicazione di nuovi materiali di copertura trasparenti
I tipi di materiali di copertura trasparenti per serra comprendono principalmente film plastico, vetro, pannello solare e pannello fotovoltaico, tra i quali il film plastico ha il campo di applicazione più ampio.Il tradizionale film in PE per serra presenta i difetti di breve durata, non degradazione e singola funzione.Al momento, è stata sviluppata una varietà di nuovi film funzionali aggiungendo reagenti o rivestimenti funzionali.
Pellicola di conversione della luce:Il film di conversione della luce modifica le proprietà ottiche del film utilizzando agenti di conversione della luce come terre rare e nanomateriali 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 del raccolto e riducendo il danno della luce ultravioletta alle colture e ai film serra nelle serre di plastica.Ad esempio, il film per serra da viola a rosso a banda larga con agente di conversione della luce VTR-660 può migliorare significativamente la trasmissione a infrarossi se applicato in serra e rispetto alla serra di controllo, la resa del pomodoro per ettaro, la vitamina C e il contenuto di licopene sono significativamente aumentate rispettivamente del 25,71%, 11,11% e 33,04%.Tuttavia, al momento, la durata, la degradabilità e il costo del nuovo film di conversione della luce devono ancora essere studiati.
Vetro sparso: Il vetro sparso in serra è un modello speciale e una tecnologia antiriflesso sulla superficie del vetro, che può massimizzare la luce solare in luce diffusa ed entrare nella serra, migliorare l'efficienza della fotosintesi delle colture e aumentare la resa delle colture.Il vetro diffuso trasforma la luce che entra nella serra in luce diffusa attraverso schemi speciali e la luce diffusa può essere irradiata in modo più uniforme nella serra, eliminando l'influenza dell'ombra dello scheletro sulla serra.Rispetto al normale vetro float e al vetro float ultra bianco, lo standard di trasmissione della luce del vetro a dispersione è del 91,5% e quello del normale vetro float è dell'88%.Per ogni aumento dell'1% della trasmissione della luce all'interno della serra, la resa può essere aumentata di circa il 3% e lo zucchero solubile e la vitamina C nella frutta e nella verdura sono aumentati.Il vetro di dispersione in serra viene prima rivestito e poi temperato e il tasso di autoesplosione è superiore allo standard nazionale, raggiungendo il 2‰.
Ricerca e applicazione di nuovi materiali per l'isolamento termico
I tradizionali materiali di isolamento termico in serra includono principalmente stuoia di paglia, trapunta di carta, trapunta di isolamento termico in feltro agugliato, ecc., che vengono utilizzati principalmente per l'isolamento termico interno ed esterno dei tetti, l'isolamento delle pareti e l'isolamento termico di alcuni dispositivi di accumulo e raccolta del calore .La maggior parte di essi ha il difetto di perdere le prestazioni di isolamento termico a causa dell'umidità interna dopo un uso prolungato.Numerose sono, quindi, le applicazioni di nuovi materiali ad alto isolamento termico, tra cui la nuova trapunta termoisolante, i dispositivi di accumulo e raccolta del calore sono al centro della ricerca.
I nuovi materiali per l'isolamento termico vengono generalmente realizzati elaborando e combinando materiali superficiali impermeabili e resistenti all'invecchiamento come pellicole tessute e feltro rivestito con materiali soffici per l'isolamento termico come cotone rivestito a spruzzo, vari cashmere e cotone perlato.Una trapunta isolante termica in cotone con rivestimento a spruzzo è stata testata nel nord-est della Cina.È stato riscontrato che l'aggiunta di 500 g di cotone rivestito a spruzzo equivaleva alle prestazioni di isolamento termico di una trapunta isolante termica in feltro nero da 4500 g sul mercato.Nelle stesse condizioni, le prestazioni di isolamento termico di 700 g di cotone rivestito a spruzzo sono state migliorate di 1 ~ 2 ℃ rispetto a quelle della trapunta di isolamento termico in cotone rivestito a spruzzo da 500 g.Allo stesso tempo, altri studi hanno anche rilevato che rispetto alle trapunte termoisolanti comunemente utilizzate sul mercato, l'effetto di isolamento termico delle trapunte termoisolanti in cotone rivestito a spruzzo e varie trapunte termoisolanti in cashmere è migliore, con tassi di isolamento termico dell'84,0% e dell'83,3 %rispettivamente.Quando la temperatura esterna più fredda è di -24,4 ℃, la temperatura interna può raggiungere rispettivamente 5,4 e 4,2 ℃.Rispetto alla trapunta isolante a coperta di paglia singola, la nuova trapunta isolante composita presenta i vantaggi di leggerezza, alto tasso di isolamento, forte resistenza all'acqua e all'invecchiamento e può essere utilizzata come nuovo tipo di materiale isolante ad alta efficienza per serre solari.
Allo stesso tempo, secondo la ricerca sui materiali di isolamento termico per i dispositivi di raccolta e accumulo del calore delle serre, si è anche riscontrato che quando lo spessore è lo stesso, i materiali di isolamento termico composito multistrato hanno migliori prestazioni di isolamento termico rispetto ai singoli materiali.Il team del professor Li Jianming della Northwest A&F University ha progettato e selezionato 22 tipi di materiali di isolamento termico di dispositivi di stoccaggio dell'acqua per serre, come pannelli sottovuoto, aerogel e cotone di gomma, e ne ha misurato le proprietà termiche.I risultati hanno mostrato che il rivestimento isolante termico da 80 mm + aerogel + materiale isolante composito in cotone isolante termico in gomma-plastica potrebbe ridurre la dissipazione del calore di 0,367 MJ per unità di tempo rispetto al cotone in gomma-plastica da 80 mm e il suo coefficiente di trasferimento del calore era di 0,283 W/(m2 ·k) quando lo spessore della combinazione isolante era di 100 mm.
Il materiale a cambiamento di fase è uno dei punti caldi nella ricerca sui materiali per serre.La Northwest A&F University ha sviluppato due tipi di dispositivi di stoccaggio dei materiali a cambiamento di fase: uno è una scatola di stoccaggio in polietilene nero, che ha una dimensione di 50cm×30cm×14cm (lunghezza×altezza×spessore) ed è riempita con materiali a cambiamento di fase, quindi che può immagazzinare calore e rilasciare calore;In secondo luogo, viene sviluppato un nuovo tipo di wallboard a cambiamento di fase.Il wallboard a cambio di fase è costituito da materiale a cambio di fase, piastra in alluminio, piastra in alluminio-plastica e lega di alluminio.Il materiale a 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 cambiamento di fase e non vi è alcun fenomeno di fusione o scorrimento.Le quattro pareti del materiale a cambiamento di fase sono rispettivamente una piastra di alluminio e una piastra di alluminio-plastica.Questo dispositivo può svolgere le funzioni di immagazzinare calore principalmente durante il giorno e rilasciare calore principalmente durante la 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 accumulo di calore, ecc. Pertanto, utilizzando materiale di isolamento termico composito come strato di isolamento termico e isolamento termico interno ed esterno lo strato di copertura del dispositivo di accumulo di calore può migliorare efficacemente le prestazioni di isolamento termico della serra, ridurre la perdita di calore della serra e quindi ottenere l'effetto del risparmio energetico.
Ricerca e Applicazione di New Wall
Come una sorta di struttura di recinzione, il muro è un'importante barriera per la protezione dal freddo e la conservazione del calore della serra.Secondo i materiali e le strutture del muro, lo sviluppo del muro settentrionale della serra può essere suddiviso in tre tipi: il muro monostrato fatto di terra, mattoni, ecc., e il muro settentrionale stratificato fatto di mattoni di argilla, mattoni a blocchi, pannelli di polistirene, ecc., con accumulo di calore interno e isolamento termico esterno, e la maggior parte di queste pareti richiede molto tempo e lavoro;Pertanto, negli ultimi anni sono apparse molte nuove tipologie di pareti, facili da costruire e adatte a un rapido montaggio.
L'emergere di pareti assemblate di nuovo tipo promuove il rapido sviluppo di serre assemblate, comprese pareti composite di nuovo tipo con materiali esterni impermeabili e anti-invecchiamento e materiali come feltro, cotone perlato, cotone spaziale, cotone di vetro o cotone riciclato come calore strati isolanti, come pareti flessibili assemblate di cotone incollato a spruzzo nello Xinjiang.Inoltre, altri studi hanno anche riportato il muro settentrionale della serra assemblata con uno strato di accumulo di calore, come un blocco di malta di guscio 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 parete composita in blocchi di malta di guscio di grano è di 7,5 ℃, mentre la temperatura nella serra solare con parete in mattoni e cemento è di 3,2 ℃.Il tempo di raccolta del pomodoro nella serra in mattoni può essere anticipato 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 avanzato l'idea progettuale di trasformare paglia, terra, acqua, pietra e materiali a cambiamento di fase in moduli di isolamento termico e accumulo di calore dal punto di vista della luce e del design semplificato delle pareti, che ha promosso la ricerca applicativa di moduli assemblati modulari parete.Ad esempio, rispetto alla normale serra con pareti in mattoni, la temperatura media nella serra è di 4,0 ℃ più alta in una tipica giornata di sole.Tre tipi di moduli in cemento a cambiamento di fase inorganico, realizzati in materiale a cambiamento di fase (PCM) e cemento, hanno accumulato un calore di 74,5, 88,0 e 95,1 MJ/m3, e ha rilasciato calore di 59,8, 67,8 e 84,2 MJ/m3, rispettivamente.Hanno la funzione di “tagliare le cime” di giorno, di “riempire le valli” di notte, di assorbire calore in estate e di rilasciare calore in inverno.
Queste nuove pareti sono assemblate in loco, con un breve periodo di costruzione e una lunga durata, che creano le condizioni per la costruzione di serre prefabbricate leggere, 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 termoisolante in cotone incollato a spruzzo ha eccellenti prestazioni di isolamento termico, ma manca di capacità di accumulo di calore e il materiale da costruzione a cambiamento di fase presenta il problema dell'elevato costo di utilizzo.In futuro, la ricerca applicativa del muro assemblato dovrebbe essere rafforzata.
Nuova energia, nuovi materiali e nuovi design aiutano a cambiare la struttura della serra.
La ricerca e l'innovazione di nuove energie e nuovi materiali costituiscono la base per l'innovazione progettuale della serra.La serra solare a risparmio energetico e il capannone ad arco sono le più grandi strutture di capannoni nella 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 struttura delle strutture sono sempre più evidenti.In primo luogo, lo spazio delle strutture dell'impianto 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 la terra.Il capannone ad arco ordinario non solo ha poco spazio, ma ha anche uno scarso isolamento termico.Sebbene la serra a più campate abbia un ampio spazio, ha uno scarso isolamento termico e un elevato consumo energetico.Pertanto, è imperativo ricercare e sviluppare la struttura della serra adatta all'attuale livello sociale ed economico della Cina, e la ricerca e lo sviluppo di nuova energia e nuovi materiali aiuteranno la struttura della serra a cambiare e produrre una varietà di modelli o strutture di serra innovativi.
Ricerca innovativa su una serra di fermentazione controllata dall'acqua asimmetrica di grande portata
La serra di fermentazione asimmetrica ad acqua di grande portata (numero di brevetto: ZL 201220391214.2) si basa sul principio della serra solare, modificando la struttura simmetrica della normale serra di plastica, aumentando la campata meridionale, aumentando l'area di illuminazione del tetto meridionale, riducendo la campata settentrionale e riducendo l'area di dissipazione del calore, con una campata di 18~24m e un'altezza del colmo di 6~7m.Attraverso l'innovazione del design, la struttura spaziale è stata notevolmente aumentata.Allo stesso tempo, i problemi di calore insufficiente in serra in inverno e scarso isolamento termico dei comuni materiali di isolamento termico vengono risolti utilizzando la nuova tecnologia della biomassa che produce calore e materiali di isolamento termico.I risultati della produzione e della ricerca mostrano che la serra di birra controllata dall'acqua asimmetrica di grande portata, 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 di la serra è ridotta del 39,6% e il tasso di utilizzo del suolo è aumentato di oltre il 30% rispetto a quello della serra con pareti in mattoni di polistirene, che è adatta per un'ulteriore divulgazione e applicazione nel bacino del fiume giallo Huaihe in Cina.
Serra solare assemblata
La serra solare assemblata prende le colonne e lo scheletro del tetto come struttura portante, e il suo materiale della parete è principalmente un involucro di isolamento termico, invece di cuscinetto e accumulo e rilascio di calore passivo.Principalmente: (1) un nuovo tipo di muro assemblato è formato combinando vari materiali come film rivestito o lamiera d'acciaio colorata, blocco di paglia, trapunta isolante termica flessibile, blocco di malta, ecc. (2) pannello di parete composito realizzato con pannello di cemento prefabbricato -lastra di polistirolo-lastra di cemento;(3) Tipo di assemblaggio leggero e semplice di materiali di isolamento termico con accumulo di calore attivo e sistema di rilascio e sistema di deumidificazione, come accumulo di calore a secchio quadrato in plastica e accumulo di calore a tubazioni.L'utilizzo di diversi nuovi materiali di isolamento termico e materiali di accumulo di calore invece del tradizionale muro di terra per costruire una serra solare ha un ampio spazio e una piccola ingegneria civile.I risultati sperimentali mostrano che la temperatura della serra durante la notte in inverno è di 4,5 ℃ superiore a quella della tradizionale serra con pareti in mattoni e lo spessore della parete posteriore è di 166 mm.Rispetto alla serra con muro di mattoni spesso 600 mm, l'area occupata del muro è ridotta del 72% e il costo per metro quadrato è di 334,5 yuan, che è inferiore di 157,2 yuan rispetto a quello della serra con muro di mattoni e il costo di costruzione è diminuito notevolmente.Pertanto, la serra assemblata presenta i vantaggi di una minore distruzione del terreno coltivato, risparmio di terreno, rapida velocità di costruzione e lunga durata, ed è una direzione chiave per l'innovazione e lo sviluppo delle serre solari attuali e future.
Serra solare scorrevole
La serra solare a risparmio energetico assemblata su skateboard sviluppata dalla Shenyang Agricultural University utilizza la parete posteriore della serra solare per formare un sistema di accumulo di calore a parete circolante per immagazzinare calore e aumentare la temperatura, che è composto principalmente da una piscina (32 m3), un piatto di raccolta leggero (360 m2), una pompa dell'acqua, un tubo dell'acqua e un controller.La trapunta flessibile per l'isolamento termico è sostituita da un nuovo materiale in lamiera d'acciaio color lana di roccia leggera nella parte superiore.La ricerca mostra che questo design risolve efficacemente il problema dei timpani che bloccano la luce 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 il tasso di illuminazione.La distribuzione della temperatura interna è uniforme e le piante crescono in modo ordinato.La serra presenta i vantaggi di migliorare l'efficienza dell'uso del suolo, progettare in modo flessibile le dimensioni della serra e accorciare il periodo di costruzione, che è di grande importanza per proteggere le risorse dei terreni coltivati e l'ambiente.
Serra fotovoltaica
La serra agricola è una serra che integra la generazione di energia solare fotovoltaica, il controllo intelligente della temperatura e le moderne piantagioni ad alta tecnologia.Adotta un telaio osseo in acciaio ed è coperto con moduli fotovoltaici solari 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 della serra, guida l'irrigazione delle risorse idriche, aumenta la temperatura della serra e favorisce la rapida crescita delle colture.I moduli fotovoltaici in questo modo influenzeranno l'efficienza luminosa del tetto della serra e quindi influenzeranno la normale crescita delle verdure in serra.Pertanto, la disposizione razionale dei pannelli fotovoltaici sul tetto della serra diventa il punto chiave dell'applicazione.La serra agricola è il prodotto della combinazione organica di agricoltura turistica e giardinaggio di strutture, ed è un'industria agricola innovativa che integra la generazione di energia fotovoltaica, visite agricole, colture agricole, tecnologia agricola, paesaggio e sviluppo culturale.
Design innovativo del gruppo serra con interazione energetica tra diversi tipi di serre
Guo Wenzhong, ricercatore presso l'Accademia delle scienze agrarie e forestali di Pechino, utilizza 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'altra o più serre.Questo metodo di riscaldamento realizza il trasferimento di energia della serra nel tempo e nello spazio, migliora l'efficienza di utilizzo dell'energia dell'energia termica rimanente della serra e riduce il consumo totale di energia per il riscaldamento.I due tipi di serre possono essere diversi tipi di serra o lo stesso tipo di serra per piantare varie colture, come serre di lattuga e pomodori.I metodi di raccolta del calore includono principalmente l'estrazione del calore dall'aria interna e l'intercettazione diretta della radiazione incidente.Attraverso la raccolta dell'energia solare, la convezione forzata mediante scambiatore di calore e l'estrazione forzata mediante pompa di calore, il calore in eccesso nella serra ad alta energia è stato estratto per riscaldare la serra.
riassumere
Queste nuove serre solari presentano i vantaggi di un montaggio rapido, un periodo di costruzione ridotto e un migliore tasso di utilizzo del terreno.Pertanto, è necessario esplorare ulteriormente le prestazioni di queste nuove serre in diverse aree e fornire la possibilità per la divulgazione e l'applicazione su larga scala di nuove serre.Allo stesso tempo, è necessario rafforzare continuamente l'applicazione di nuova energia e nuovi materiali nelle serre, in modo da fornire energia per la riforma strutturale delle serre.
Prospettiva futura e pensiero
Le serre tradizionali presentano spesso alcuni svantaggi, come l'elevato consumo energetico, il basso tasso di utilizzo del suolo, il dispendio di tempo e manodopera, le scarse prestazioni, ecc., che non possono più soddisfare le esigenze produttive dell'agricoltura moderna e sono destinate a essere gradualmente eliminato.Pertanto, è una tendenza di sviluppo utilizzare nuove fonti energetiche come l'energia solare, l'energia della biomassa, l'energia geotermica e l'energia eolica, nuovi materiali per l'applicazione della serra e nuovi progetti per promuovere il cambiamento strutturale della serra.Prima di tutto, la nuova serra alimentata da nuova energia e nuovi materiali non dovrebbe solo soddisfare le esigenze del funzionamento meccanizzato, ma anche risparmiare energia, terreno e costi.In secondo luogo, è necessario esplorare costantemente le prestazioni delle nuove serre in diverse aree, in modo da fornire le condizioni per la divulgazione su larga scala delle serre.In futuro, dovremmo cercare ulteriormente nuova energia e nuovi materiali adatti all'applicazione in serra e trovare la migliore combinazione di nuova energia, nuovi materiali e serra, in modo da rendere possibile la costruzione di una nuova serra a basso costo e di breve costruzione periodo, basso consumo energetico e prestazioni eccellenti, aiutano a cambiare la struttura della serra e promuovono lo sviluppo della modernizzazione delle serre in Cina.
Sebbene l'applicazione di nuova energia, nuovi materiali e nuovi progetti nella costruzione di serre sia una tendenza inevitabile, ci sono ancora molti problemi da studiare e superare: (1) Il costo di costruzione aumenta.Rispetto al riscaldamento tradizionale con carbone, gas naturale o petrolio, l'applicazione di nuova energia e nuovi materiali è rispettosa dell'ambiente e non inquina, ma il costo di costruzione è notevolmente aumentato, il che ha un certo impatto sul recupero degli investimenti di produzione e funzionamento .Rispetto all'utilizzo dell'energia, il costo dei nuovi materiali aumenterà in modo significativo.(2) Utilizzo instabile dell'energia termica.Il più grande vantaggio del nuovo utilizzo dell'energia è il basso costo operativo e la bassa emissione di anidride carbonica, ma la fornitura di energia e calore è instabile e le giornate nuvolose diventano il più grande fattore limitante nell'utilizzo dell'energia solare.Nel processo di produzione di calore da biomassa mediante fermentazione, l'utilizzo effettivo di questa energia è limitato dai problemi di bassa energia termica di fermentazione, gestione e controllo difficili e ampio spazio di stoccaggio per il trasporto delle materie prime.(3) Maturità tecnologica.Queste tecnologie utilizzate da nuove energie e nuovi materiali sono risultati avanzati di ricerca e tecnologia e il loro campo di applicazione e portata sono ancora piuttosto limitati.Non sono passati molte volte, molti siti e verifiche pratiche su larga scala, e ci sono inevitabilmente alcune carenze e contenuti tecnici che devono essere migliorati nell'applicazione.Gli utenti spesso negano 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 delle serre sono tutte nel team dei centri di ricerca scientifica nelle università con una certa capacità di innovazione, e la maggior parte dei richiedenti tecnici o dei progettisti ancora non lo sa;Allo stesso tempo, la divulgazione e l'applicazione delle nuove tecnologie sono ancora piuttosto limitate perché le apparecchiature di base delle nuove tecnologie sono brevettate.(5) L'integrazione di nuova energia, nuovi materiali e progettazione della struttura delle serre deve essere ulteriormente rafforzata.Poiché l'energia, i materiali e la progettazione della struttura delle serre appartengono a tre diverse discipline, i talenti con esperienza nella progettazione di serre spesso mancano di ricerche sull'energia e sui materiali relativi alle serre e viceversa;Pertanto, i ricercatori legati alla ricerca sull'energia e sui materiali devono rafforzare l'indagine e la comprensione delle effettive esigenze dello sviluppo dell'industria delle serre, e i progettisti strutturali dovrebbero anche studiare nuovi materiali e nuova energia per promuovere la profonda integrazione delle tre relazioni, in modo da raggiungere l'obiettivo della pratica tecnologia di ricerca in serra, bassi costi di costruzione e buon effetto d'uso.Sulla base dei problemi di cui sopra, si suggerisce che lo stato, i governi locali e i centri di ricerca scientifica intensifichino la ricerca tecnica, conducano ricerche congiunte in profondità, rafforzino la pubblicità dei risultati scientifici e tecnologici, migliorino la divulgazione dei risultati e realizzino rapidamente il obiettivo di nuova energia e nuovi materiali per aiutare il nuovo sviluppo dell'industria della 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.
Tempo di pubblicazione: dic-03-2022