Tecnologia di ingegneria agricola orticola in serra 2022-12-02 17:30 pubblicato a Pechino

Lo sviluppo di serre solari in aree non coltivate come il deserto, il Gobi e i terreni sabbiosi ha effettivamente risolto la contraddizione tra cibo e verdure in competizione per la terra. È uno dei fattori ambientali decisivi per la crescita e lo sviluppo delle colture termiche, che spesso determina il successo o il fallimento della produzione di colture in serra. Pertanto, per sviluppare serre solari in aree non coltivate, dobbiamo prima risolvere il problema della temperatura ambientale delle serre. In questo articolo vengono riassunti i metodi di controllo della temperatura utilizzati nelle serre solari su terreni non coltivati ​​negli ultimi anni e vengono analizzati e riepilogati i problemi esistenti e la direzione di sviluppo della temperatura e della protezione ambientale nelle serre solari su terreni non coltivati.

La Cina ha una popolazione numerosa e risorse territoriali meno disponibili. Oltre l’85% delle risorse terrestri sono risorse terrestri non coltivate, concentrate principalmente nel nord-ovest della Cina. Il documento n. 1 del Comitato Centrale nel 2022 ha sottolineato che lo sviluppo dell'agricoltura strutturale dovrebbe essere accelerato e, sulla base della protezione dell'ambiente ecologico, i terreni liberi e desolati sfruttabili dovrebbero essere esplorati per sviluppare l'agricoltura strutturale. La Cina nordoccidentale è ricca di deserti, Gobi, terre desolate e altre risorse di terreni non coltivati ​​e di risorse naturali di luce e calore, adatte allo sviluppo dell’agricoltura strutturale. Pertanto, lo sviluppo e l’utilizzo delle risorse del territorio non coltivato per realizzare serre di terreni non coltivati ​​riveste un grande significato strategico per garantire la sicurezza alimentare nazionale e alleviare i conflitti sull’uso del territorio.

Attualmente, le serre solari non coltivate rappresentano la principale forma di sviluppo agricolo ad alta efficienza nei terreni non coltivati. Nel nord-ovest della Cina, la differenza di temperatura tra il giorno e la notte è ampia e la temperatura notturna in inverno è bassa, il che spesso porta al fenomeno che la temperatura minima interna è inferiore alla temperatura richiesta per la normale crescita e sviluppo delle piante. raccolti. La temperatura è uno dei fattori ambientali indispensabili per la crescita e lo sviluppo delle colture. Una temperatura troppo bassa rallenterà la reazione fisiologica e biochimica delle colture e ne rallenterà la crescita e lo sviluppo. Quando la temperatura è inferiore al limite sopportabile dalle colture, si possono verificare addirittura danni da congelamento. Pertanto, è particolarmente importante garantire la temperatura necessaria per la normale crescita e sviluppo delle colture. Per mantenere la temperatura adeguata della serra solare, non è una singola misura che può essere risolta. Deve essere garantito dagli aspetti di progettazione, costruzione, selezione dei materiali, regolamentazione e gestione quotidiana delle serre. Pertanto, questo articolo riassumerà lo stato della ricerca e i progressi del controllo della temperatura delle serre non coltivate in Cina negli ultimi anni dagli aspetti della progettazione e costruzione delle serre, delle misure di conservazione e riscaldamento del calore e della gestione ambientale, in modo da fornire un riferimento sistematico per la progettazione e gestione razionale delle serre non coltivate.

Struttura e materiali della serra

L'ambiente termico della serra dipende principalmente dalla capacità di trasmissione, intercettazione e accumulo della radiazione solare della serra, che è correlata alla progettazione ragionevole dell'orientamento della serra, alla forma e al materiale della superficie di trasmissione della luce, alla struttura e al materiale della parete e del tetto posteriore, isolamento delle fondamenta, dimensioni della serra, modalità di isolamento notturno e materiale del tetto anteriore, ecc., e si riferisce anche alla possibilità che il processo di costruzione e costruzione della serra possa garantire l'effettiva realizzazione dei requisiti di progettazione.

Capacità di trasmissione luminosa del tetto anteriore

L'energia principale nella serra proviene dal sole. Aumentare la capacità di trasmissione della luce del tetto anteriore è vantaggioso per la serra per ottenere più calore ed è anche una base importante per garantire la temperatura ambiente della serra in inverno. Attualmente esistono tre metodi principali per aumentare la capacità di trasmissione della luce e il tempo di ricezione della luce sul tetto anteriore della serra.

01 progettare un orientamento e un azimut ragionevoli della serra

L'orientamento della serra influisce sulle prestazioni di illuminazione della serra e sulla capacità di accumulo del calore della serra. Pertanto, per ottenere un maggiore accumulo di calore nelle serre, l’orientamento delle serre non coltivate nella Cina nordoccidentale è rivolto a sud. Per l'azimut specifico della serra, quando si sceglie da sud a est, è vantaggioso "afferrare il sole" e la temperatura interna aumenta rapidamente al mattino; Quando si seleziona il sud-ovest, è vantaggioso per la serra sfruttare la luce pomeridiana. La direzione sud è un compromesso tra le due situazioni precedenti. Secondo le conoscenze della geofisica, la terra ruota di 360° in un giorno, e l'azimut del sole si sposta di circa 1° ogni 4 minuti. Pertanto, ogni volta che l'azimut della serra differisce di 1°, l'ora della luce solare diretta differirà di circa 4 minuti, ovvero l'azimut della serra influenza l'ora in cui la serra vede la luce al mattino e alla sera.

Quando le ore di luce del mattino e del pomeriggio sono uguali e l'est o l'ovest hanno la stessa angolazione, la serra avrà le stesse ore di luce. Tuttavia, per la zona a nord dei 37° di latitudine nord, la temperatura è bassa al mattino, e l'orario di scopertura della trapunta è tardivo, mentre la temperatura è relativamente alta nel pomeriggio e alla sera, per cui è opportuno ritardare l'orario di scopertura. chiusura della trapunta termoisolante. Pertanto, queste aree dovrebbero scegliere il sud-ovest e sfruttare appieno la luce pomeridiana. Per le zone con 30°~35° di latitudine nord, grazie alle migliori condizioni di illuminazione mattutina, è possibile anticipare anche i tempi di conservazione del calore e di scopertura del coperchio. Pertanto, queste aree dovrebbero scegliere la direzione sud-est per aspirare a una maggiore radiazione solare mattutina per la serra. Tuttavia, nell'area compresa tra 35°~37° di latitudine nord, c'è poca differenza nella radiazione solare al mattino e al pomeriggio, quindi è meglio scegliere la direzione sud. Che sia sud-est o sud-ovest, l'angolo di deviazione è generalmente di 5° ~8° e il massimo non deve superare 10°. La Cina nordoccidentale si trova nell'intervallo di 37°~50° di latitudine nord, quindi l'angolo di azimut della serra è generalmente da sud a ovest. In considerazione di ciò, la serra solare progettata da Zhang Jingshe ecc. nell'area di Taiyuan ha scelto l'orientamento di 5° a ovest del sud, la serra solare costruita da Chang Meimei ecc. nell'area di Gobi del corridoio Hexi ha adottato l'orientamento da 5° a 10° a ovest del sud, e la serra solare costruita da Ma Zhigui ecc. nello Xinjiang settentrionale ha adottato l'orientamento di 8° a ovest del sud.

02 Progettare una forma e un angolo di inclinazione ragionevoli del tetto anteriore

La forma e l'inclinazione del tetto anteriore determinano l'angolo di incidenza dei raggi solari. Minore è l'angolo incidente, maggiore è la trasmittanza. Sun Juren ritiene che la forma del tetto anteriore sia determinata principalmente dal rapporto tra la lunghezza della superficie illuminante principale e la pendenza posteriore. La lunga pendenza anteriore e la breve pendenza posteriore sono vantaggiose per l'illuminazione e la conservazione del calore del tetto anteriore. Chen Wei-Qian e altri ritengono che il tetto principale dell'illuminazione della serra solare utilizzata nell'area del Gobi adotti un arco circolare con un raggio di 4,5 m, che può resistere efficacemente al freddo. Zhang Jingshe, ecc. pensano che sia più appropriato utilizzare un arco semicircolare sul tetto anteriore della serra nelle aree alpine e ad alta latitudine. Per quanto riguarda l'angolo di inclinazione del tetto anteriore, secondo le caratteristiche di trasmissione della luce della pellicola di plastica, quando l'angolo incidente è 0 ~ 40°, la riflettività del tetto anteriore alla luce solare è piccola e quando supera i 40°, la riflettività la riflettività aumenta in modo significativo. Pertanto, per calcolare l'angolo di inclinazione del tetto anteriore, si prende 40° come angolo di incidenza massimo, in modo che anche nel solstizio d'inverno la radiazione solare possa entrare nella serra nella massima misura. Pertanto, nel progettare una serra solare adatta ad aree non coltivate a Wuhai, nella Mongolia Interna, He Bin e altri calcolarono l'angolo di inclinazione del tetto anteriore con un angolo di incidenza di 40°, e pensarono che finché fosse maggiore di 30 °, potrebbe soddisfare i requisiti di illuminazione della serra e conservazione del calore. Zhang Caihong e altri pensano che quando si costruiscono serre nelle aree non coltivate dello Xinjiang, l'angolo di inclinazione del tetto anteriore delle serre nello Xinjiang meridionale è di 31°, mentre quello nello Xinjiang settentrionale è di 32°~33,5°.

03 Scegliere materiali di rivestimento trasparenti idonei.

Oltre all'influenza delle condizioni di radiazione solare esterna, anche le caratteristiche del materiale e della trasmissione della luce della pellicola per serra sono fattori importanti che influenzano la luce e il calore dell'ambiente della serra. Attualmente, la trasmissione della luce dei film plastici come PE, PVC, EVA e PO è diversa a causa dei diversi materiali e spessori del film. In generale, si può garantire che la trasmissione luminosa delle pellicole utilizzate per 1-3 anni sia complessivamente superiore all'88%, che dovrebbe essere selezionata in base alla richiesta di luce e temperatura delle colture. Inoltre, oltre alla trasmissione della luce nella serra, anche la distribuzione della luce ambientale nella serra è un fattore a cui le persone prestano sempre più attenzione. Pertanto, negli ultimi anni, il materiale di copertura per la trasmissione della luce con una migliore diffusione della luce è stato molto apprezzato dal settore, soprattutto nelle aree con forte radiazione solare nel nord-ovest della Cina. L'applicazione di una pellicola di luce a diffusione migliorata ha ridotto l'effetto di ombreggiatura sulla parte superiore e inferiore della chioma della coltura, ha aumentato la luce nelle parti centrale e inferiore della chioma della coltura, ha migliorato le caratteristiche fotosintetiche dell'intera coltura e ha mostrato un buon effetto di promozione crescita e aumento della produzione.

Design ragionevole delle dimensioni della serra

La lunghezza della serra è troppo lunga o troppo corta e ciò influenzerà il controllo della temperatura interna. Quando la lunghezza della serra è troppo breve, prima dell'alba e del tramonto, l'area ombreggiata dai timpani est e ovest è ampia, il che non favorisce il riscaldamento della serra e, a causa del suo volume ridotto, influenzerà il suolo interno e le pareti assorbimento e rilascio di calore. Quando la lunghezza è troppo grande, è difficile controllare la temperatura interna e ciò influenzerà la fermezza della struttura della serra e la configurazione del meccanismo di arrotolamento della trapunta per la conservazione del calore. L'altezza e la luce della serra influiscono direttamente sull'illuminazione naturale del tetto anteriore, sulle dimensioni dello spazio della serra e sul rapporto di isolamento. Quando la campata e la lunghezza della serra sono fisse, aumentando l'altezza della serra si può aumentare l'angolo di illuminazione del tetto anteriore dal punto di vista dell'ambiente luminoso, favorendo la trasmissione della luce; Dal punto di vista dell'ambiente termico, l'altezza della parete aumenta e aumenta l'area di accumulo del calore della parete posteriore, il che è vantaggioso per l'accumulo di calore e il rilascio di calore della parete posteriore. Inoltre, lo spazio è ampio, anche il tasso di capacità termica è elevato e l'ambiente termico della serra è più stabile. Naturalmente, l’aumento dell’altezza della serra aumenterà il costo della serra, il che richiede una considerazione approfondita. Pertanto, quando si progetta una serra, dovremmo scegliere una lunghezza, una campata e un'altezza ragionevoli in base alle condizioni locali. Ad esempio, Zhang Caihong e altri pensano che nello Xinjiang settentrionale la lunghezza della serra è di 50~80 m, la campata è di 7 m e l'altezza della serra è di 3,9 m, mentre nello Xinjiang meridionale la lunghezza della serra è di 50~80 m, la campata è di 8 me l'altezza della serra è di 3,6~4,0 m; Si considera inoltre che la luce della serra non dovrebbe essere inferiore a 7 metri e che quando la luce è di 8 metri l'effetto di conservazione del calore è il migliore. Inoltre, Chen Weiqian e altri pensano che la lunghezza, la portata e l'altezza della serra solare dovrebbero essere rispettivamente di 80 m, 8~10 me 3,8~4,2 m quando sarà costruita nell'area del Gobi di Jiuquan, Gansu.

Migliorare la capacità di accumulo del calore e di isolamento della parete

Durante il giorno la parete accumula calore assorbendo la radiazione solare e il calore dell'aria interna. Di notte, quando la temperatura interna è inferiore alla temperatura della parete, la parete rilascerà passivamente calore per riscaldare la serra. Essendo il principale corpo di accumulo del calore della serra, il muro può migliorare significativamente la temperatura notturna dell'ambiente interno migliorando la sua capacità di accumulo del calore. Allo stesso tempo, la funzione di isolamento termico della parete è la base per la stabilità dell'ambiente termico della serra. Attualmente esistono diversi metodi per migliorare la capacità di accumulo del calore e di isolamento delle pareti.

01 progettare una struttura muraria ragionevole

La funzione del muro comprende principalmente l'accumulo e la conservazione del calore e, allo stesso tempo, la maggior parte delle pareti della serra fungono anche da elementi portanti per sostenere la capriata del tetto. Dal punto di vista dell’ottenimento di un buon ambiente termico, una struttura muraria ragionevole dovrebbe avere una sufficiente capacità di accumulo di calore sul lato interno e una sufficiente capacità di conservazione del calore sul lato esterno, riducendo al tempo stesso inutili ponti freddi. Nella ricerca sull'accumulo di calore e sull'isolamento delle pareti, Bao Encai e altri hanno progettato il muro di accumulo di calore passivo in sabbia solidificata nell'area desertica di Wuhai, nella Mongolia interna. Il mattone poroso è stato utilizzato come strato isolante all'esterno e la sabbia solidificata è stata utilizzata come strato di accumulo del calore all'interno. Il test ha dimostrato che la temperatura interna potrebbe raggiungere i 13,7℃ nelle giornate soleggiate. Ma Yuehong ecc. ha progettato un muro composito in blocchi di malta con guscio di grano nello Xinjiang settentrionale, in cui blocchi di malta sono riempiti di calce viva come strato di accumulo di calore e sacchi di scorie sono impilati all'aperto come strato isolante. Il muro a blocchi forati progettato da Zhao Peng, ecc. nell'area del Gobi, nella provincia di Gansu, utilizza un pannello di benzene spesso 100 mm come strato isolante all'esterno e sabbia e mattoni forati come strato di accumulo del calore all'interno. Il test mostra che la temperatura media in inverno è superiore a 10 ℃ di notte, e Chai Regeneration, ecc. utilizza anche sabbia e ghiaia come strato isolante e strato di accumulo di calore del muro nell'area di Gobi nella provincia di Gansu. In termini di riduzione dei ponti freddi, Yan Junyue ecc. ha progettato una parete posteriore assemblata leggera e semplificata, che non solo ha migliorato la resistenza termica della parete, ma ha anche migliorato le proprietà di tenuta della parete incollando un pannello di polistirolo all'esterno della parte posteriore parete; Wu Letian ecc. ha posizionato una trave ad anello in cemento armato sopra le fondamenta del muro della serra e ha utilizzato mattoni trapezoidali stampati appena sopra la trave ad anello per sostenere il tetto posteriore, risolvendo il problema che crepe e cedimenti delle fondamenta sono facili da verificare nelle serre di Hotian, Xinjiang, influenzando così l’isolamento termico delle serre.

02 Scegliere materiali adatti per l'accumulo di calore e l'isolamento.

L'accumulo di calore e l'effetto isolante della parete dipendono innanzitutto dalla scelta dei materiali. Nel deserto nord-occidentale, nel Gobi, nei terreni sabbiosi e in altre aree, a seconda delle condizioni del sito, i ricercatori hanno preso materiali locali e hanno fatto audaci tentativi di progettare diversi tipi di pareti posteriori delle serre solari. Ad esempio, quando Zhang Guosen e altri costruirono serre nei campi di sabbia e ghiaia nel Gansu, sabbia e ghiaia furono usate come accumulo di calore e strati isolanti delle pareti; Secondo le caratteristiche del Gobi e del deserto nel nord-ovest della Cina, Zhao Peng progettò una sorta di muro di blocchi cavi con arenaria e blocchi cavi come materiali. Il test mostra che la temperatura media notturna interna è superiore a 10 ℃. In considerazione della scarsità di materiali da costruzione come mattoni e argilla nella regione del Gobi, nel nord-ovest della Cina, Zhou Changji e altri hanno scoperto che le serre locali di solito utilizzano ciottoli come materiali per le pareti quando studiano le serre solari nella regione del Gobi di Kizilsu Kirgiz, nello Xinjiang. In considerazione delle prestazioni termiche e della resistenza meccanica del sasso, la serra costruita con il sasso ha buone prestazioni in termini di conservazione del calore, accumulo di calore e capacità di carico. Allo stesso modo, anche Zhang Yong, ecc., utilizza i ciottoli come materiale principale del muro e ha progettato un muro posteriore di ciottoli indipendente per l'accumulo di calore nello Shanxi e in altri luoghi. Il test mostra che l'effetto di accumulo del calore è buono. Zhang ecc. ha progettato un tipo di muro di arenaria secondo le caratteristiche dell'area nord-occidentale del Gobi, che può aumentare la temperatura interna di 2,5 ℃. Inoltre, Ma Yuehong e altri hanno testato la capacità di accumulo del calore di un muro di sabbia pieno di blocchi, di un muro di blocchi e di un muro di mattoni a Hotian, nello Xinjiang. I risultati hanno mostrato che il muro di sabbia riempito di blocchi aveva la maggiore capacità di accumulo di calore. Inoltre, al fine di migliorare le prestazioni di accumulo del calore del muro, i ricercatori sviluppano attivamente nuovi materiali e tecnologie di accumulo del calore. Ad esempio, Bao Encai ha proposto un materiale con agente indurente a cambiamento di fase, che può essere utilizzato per migliorare la capacità di accumulo del calore della parete posteriore della serra solare nelle aree non coltivate del nord-ovest. Durante l'esplorazione di materiali locali, come materiali per pareti vengono utilizzati anche pagliaio, scorie, pannelli di benzene e paglia, ma questi materiali di solito hanno solo la funzione di conservazione del calore e nessuna capacità di accumulo di calore. In generale, le pareti piene di ghiaia e blocchi hanno una buona capacità di accumulo di calore e di isolamento.

03 Aumentare opportunamente lo spessore della parete

Solitamente, la resistenza termica è un indice importante per misurare le prestazioni di isolamento termico della parete e il fattore che influenza la resistenza termica è lo spessore dello strato di materiale oltre alla conduttività termica del materiale. Pertanto, sulla base della scelta di materiali isolanti termici adeguati, l'aumento appropriato dello spessore della parete può aumentare la resistenza termica complessiva della parete e ridurre la perdita di calore attraverso la parete, aumentando così l'isolamento termico e la capacità di accumulo di calore della parete e tutta la serra. Ad esempio, nel Gansu e in altre aree, lo spessore medio dei muri di sacchi di sabbia nella città di Zhangye è di 2,6 metri, mentre quello dei muri in muratura di malta nella città di Jiuquan è di 3,7 metri. Più la parete è spessa, maggiore sarà l'isolamento termico e la capacità di accumulo del calore. Tuttavia, muri troppo spessi aumenteranno l’occupazione del territorio e i costi di costruzione delle serre. Pertanto, nell'ottica di migliorare la capacità di isolamento termico, dovremmo anche dare priorità alla selezione di materiali ad alto isolamento termico e bassa conduttività termica, come polistirolo, poliuretano e altri materiali, per poi aumentare opportunamente lo spessore.

Design ragionevole del tetto posteriore

Per la progettazione del tetto posteriore, la considerazione principale è quella di non provocare l'influenza dell'ombreggiamento e di migliorare la capacità di isolamento termico. Per ridurre l'influenza dell'ombreggiamento sul tetto posteriore, l'impostazione dell'angolo di inclinazione si basa principalmente sul fatto che il tetto posteriore può ricevere luce solare diretta durante il giorno quando vengono piantati e prodotti i raccolti. Pertanto, l'angolo di elevazione del tetto posteriore viene generalmente scelto in modo che sia migliore dell'angolo di altitudine solare locale del solstizio d'inverno di 7°~8°. Ad esempio, Zhang Caihong e altri pensano che quando si costruiscono serre solari nel Gobi e in aree saline-alcaline nello Xinjiang, la lunghezza prevista del tetto posteriore è di 1,6 m, quindi l'angolo di inclinazione del tetto posteriore è di 40° nello Xinjiang meridionale e 45° nello Xinjiang settentrionale. Chen Wei-Qian e altri pensano che il tetto posteriore della serra solare nell'area di Jiuquan Gobi dovrebbe essere inclinato di 40°. Per l'isolamento termico del tetto posteriore, la capacità di isolamento termico dovrebbe essere garantita principalmente nella scelta dei materiali di isolamento termico, nella progettazione dello spessore necessario e nel ragionevole giunto a sovrapposizione dei materiali di isolamento termico durante la costruzione.

Ridurre la perdita di calore del suolo

Durante la notte invernale, poiché la temperatura del suolo interno è più alta di quella del suolo esterno, il calore del suolo interno verrà trasferito all'esterno per conduzione termica, causando la perdita di calore della serra. Esistono diversi modi per ridurre la perdita di calore del suolo.

01 isolamento del terreno

Il terreno affonda correttamente, evitando lo strato di terreno ghiacciato e utilizzando il terreno per la conservazione del calore. Ad esempio, la serra solare “1448 tre materiali-un corpo” sviluppata da Chai Regeneration e altri terreni non coltivati ​​nel corridoio Hexi sono stati costruiti scavando 1 metro di profondità, evitando efficacemente lo strato di terreno ghiacciato; Considerando che la profondità del terreno ghiacciato nell’area di Turpan è di 0,8 m, Wang Huamin e altri hanno suggerito di scavare 0,8 m per migliorare la capacità di isolamento termico della serra. Quando Zhang Guosen, ecc. costruì la parete posteriore della serra solare con scavo a doppio film e doppio arco su un terreno non coltivabile, la profondità di scavo era di 1 m. L'esperimento ha dimostrato che la temperatura più bassa notturna è aumentata di 2~3℃ rispetto alla tradizionale serra solare di seconda generazione.

02 protezione dal freddo del fondotinta

Il metodo principale consiste nello scavare un fossato resistente al freddo lungo la parte di fondazione del tetto anteriore, riempire con materiali di isolamento termico o seppellire continuamente materiali di isolamento termico sottoterra lungo la parte di muro di fondazione, il tutto con lo scopo di ridurre la perdita di calore causata da trasferimento di calore attraverso il terreno nella parte delimitata della serra. I materiali di isolamento termico utilizzati si basano principalmente sulle condizioni locali della Cina nordoccidentale e possono essere ottenuti localmente, come fieno, scorie, lana di roccia, pannelli di polistirolo, paglia di mais, letame equino, foglie cadute, erba spezzata, segatura, erbacce, paglia, ecc.

03 film per pacciamatura

Coprendo la pellicola di plastica, la luce solare può raggiungere il terreno attraverso la pellicola di plastica durante il giorno e il terreno assorbe il calore del sole e si riscalda. Inoltre, il film plastico può bloccare la radiazione a onde lunghe riflessa dal suolo, riducendo così la perdita di radiazione del suolo e aumentando l’accumulo di calore del suolo. Di notte, il film plastico può ostacolare lo scambio termico convettivo tra il suolo e l’aria interna, riducendo così la perdita di calore del suolo. Allo stesso tempo, la pellicola plastica può anche ridurre la perdita di calore latente causata dall’evaporazione dell’acqua del suolo. Wei Wenxiang ha coperto la serra con una pellicola di plastica nell'altopiano del Qinghai e l'esperimento ha dimostrato che la temperatura del suolo potrebbe essere aumentata di circa 1℃.

Rafforzare le prestazioni di isolamento termico del tetto anteriore

Il tetto anteriore della serra è la principale superficie di dissipazione del calore e il calore perso rappresenta oltre il 75% della perdita di calore totale nella serra. Pertanto, il rafforzamento della capacità di isolamento termico del tetto anteriore della serra può ridurre efficacemente la perdita attraverso il tetto anteriore e migliorare la temperatura ambientale invernale della serra. Attualmente esistono tre misure principali per migliorare la capacità di isolamento termico del tetto anteriore.

01 Viene adottata la copertura trasparente multistrato.

Strutturalmente, l'utilizzo di pellicole a doppio strato o a tre strati come superficie di trasmissione della luce della serra può migliorare efficacemente le prestazioni di isolamento termico della serra. Ad esempio, Zhang Guosen e altri hanno progettato una serra solare di tipo scavo a doppio arco e doppio film nell'area del Gobi della città di Jiuquan. L'esterno del tetto anteriore della serra è realizzato in pellicola EVA e l'interno della serra è realizzato in pellicola anti-invecchiamento in PVC antigoccia. Gli esperimenti mostrano che, rispetto alla tradizionale serra solare di seconda generazione, l'effetto di isolamento termico è eccezionale e la temperatura più bassa di notte aumenta in media di 2~3℃. Allo stesso modo, Zhang Jingshe, ecc. ha progettato anche una serra solare con doppia copertura in pellicola per le caratteristiche climatiche delle alte latitudini e delle zone fredde severe, che ha migliorato significativamente l'isolamento termico della serra. Rispetto alla serra di controllo, la temperatura notturna è aumentata di 3°C. Inoltre, Wu Letian e altri hanno provato a utilizzare tre strati di pellicola EVA spessa 0,1 mm sul tetto anteriore della serra solare progettata nell'area desertica di Hetian, nello Xinjiang. La pellicola multistrato può ridurre efficacemente la perdita di calore del tetto anteriore, ma poiché la trasmissione della luce della pellicola a strato singolo è sostanzialmente di circa il 90%, la pellicola multistrato porterà naturalmente all'attenuazione della trasmissione della luce. Pertanto, quando si sceglie una copertura multistrato a trasmissione luminosa, è necessario tenere in debita considerazione le condizioni di illuminazione e i requisiti di illuminazione delle serre.

02 Rafforzare l'isolamento notturno del tetto anteriore

Sul tetto anteriore viene utilizzata una pellicola di plastica per aumentare la trasmissione della luce durante il giorno, mentre di notte diventa il punto più debole dell'intera serra. Pertanto, coprire la superficie esterna del tetto anteriore con una spessa trapunta isolante termica composita è una misura di isolamento termico necessaria per le serre solari. Ad esempio, nella regione alpina del Qinghai, Liu Yanjie e altri hanno utilizzato tende di paglia e carta kraft come trapunte di isolamento termico per gli esperimenti. I risultati dei test hanno mostrato che la temperatura interna più bassa nella serra durante la notte potrebbe superare i 7,7 ℃. Inoltre, Wei Wenxiang ritiene che la perdita di calore della serra possa essere ridotta di oltre il 90% utilizzando doppie tende erbose o carta kraft all'esterno delle tende erbose per l'isolamento termico in quest'area. Inoltre, Zou Ping, ecc., ha utilizzato una trapunta isolante termica in feltro agugliato in fibra riciclata nella serra solare nella regione del Gobi dello Xinjiang, e Chang Meimei, ecc. ha utilizzato una trapunta isolante termica in cotone sandwich con isolamento termico nella serra solare nella regione del Gobi di Corridoio Hexi. Attualmente, ci sono molti tipi di trapunte isolanti termiche utilizzate nelle serre solari, ma la maggior parte di esse sono realizzate in feltro agugliato, cotone spruzzato con colla, cotone perlato, ecc., con strati superficiali impermeabili o antietà su entrambi i lati. Secondo il meccanismo di isolamento termico della trapunta termoisolante, per migliorare le sue prestazioni di isolamento termico, dovremmo iniziare migliorando la sua resistenza termica e riducendo il coefficiente di trasferimento del calore, e le misure principali sono ridurre la conduttività termica dei materiali, aumentare lo spessore di strati di materiale o aumentare il numero di strati di materiale, ecc. Pertanto, attualmente, il materiale centrale della trapunta isolante termica con elevate prestazioni di isolamento termico è spesso costituito da materiali compositi multistrato. Secondo il test, il coefficiente di trasferimento del calore della trapunta termoisolante con elevate prestazioni di isolamento termico attualmente può raggiungere 0,5 W/(m2℃), il che fornisce una migliore garanzia per l'isolamento termico delle serre nelle zone fredde in inverno. Naturalmente, l'area nord-occidentale è ventosa e polverosa e la radiazione ultravioletta è forte, quindi lo strato superficiale dell'isolamento termico dovrebbe avere buone prestazioni anti-invecchiamento.

03 Aggiungi una cortina di isolamento termico interno.

Anche se di notte il tetto anteriore della serra solare è coperto con una trapunta isolante termica esterna, per quanto riguarda le altre strutture dell'intera serra, di notte il tetto anteriore rimane ancora un punto debole per l'intera serra. Pertanto, il team di progetto “Struttura e tecnologia di costruzione delle serre nei terreni non arabili del nord-ovest” ha progettato un semplice sistema di avvolgimento dell’isolamento termico interno (Figura 1), la cui struttura è costituita da una cortina di isolamento termico interno fissa sul piede anteriore e una cortina interna mobile di isolamento termico nel vano superiore. La cortina isolante termica superiore mobile viene aperta e ripiegata durante il giorno sulla parete posteriore della serra, il che non influisce sull'illuminazione della serra; La trapunta termica fissa nella parte inferiore svolge il ruolo di sigillatura notturna. Il design dell'isolamento interno è pulito e facile da usare e può anche svolgere il ruolo di ombreggiatura e raffreddamento in estate.

Tecnologia di riscaldamento attivo

A causa delle basse temperature invernali nel nord-ovest della Cina, se ci affidiamo solo alla conservazione e all'accumulo di calore nelle serre, non possiamo ancora soddisfare i requisiti della produzione svernante delle colture in climi freddi, quindi sono anche necessarie alcune misure attive di riscaldamento interessato.

Sistema di accumulo dell'energia solare e rilascio di calore

È un motivo importante per cui il muro svolge le funzioni di conservazione del calore, accumulo di calore e carico, il che porta agli elevati costi di costruzione e al basso tasso di utilizzo del suolo delle serre solari. Pertanto, la semplificazione e l'assemblaggio delle serre solari saranno sicuramente un'importante direzione di sviluppo in futuro. Tra questi, semplificare la funzione del muro è quello di rilasciare la funzione di accumulo e rilascio del calore del muro, in modo che la parete posteriore abbia solo la funzione di conservazione del calore, che è un modo efficace per semplificare lo sviluppo. Ad esempio, il sistema attivo di accumulo e rilascio del calore di Fang Hui (Figura 2) è ampiamente utilizzato in aree non coltivate come Gansu, Ningxia e Xinjiang. Il suo dispositivo di raccolta del calore è appeso alla parete nord. Durante il giorno, il calore raccolto dal dispositivo di raccolta del calore viene immagazzinato nel corpo di accumulo del calore attraverso la circolazione del mezzo di accumulo del calore, mentre di notte il calore viene rilasciato e riscaldato dalla circolazione del mezzo di accumulo del calore, realizzando così il trasferimento di calore nel tempo e nello spazio. Gli esperimenti dimostrano che utilizzando questo dispositivo la temperatura minima nella serra può essere aumentata di 3~5℃. Wang Zhiwei ecc. ha proposto un sistema di riscaldamento a cortina d'acqua per la serra solare nell'area desertica dello Xinjiang meridionale, che può aumentare la temperatura della serra di 2,1 ℃ durante la notte.

Inoltre, Bao Encai ecc. ha progettato un sistema di circolazione attivo di accumulo di calore per la parete nord. Durante il giorno, attraverso la circolazione di ventilatori assiali, l'aria calda interna scorre attraverso il condotto di trasferimento del calore incorporato nella parete nord e il condotto di trasferimento del calore scambia calore con lo strato di accumulo di calore all'interno della parete, migliorando significativamente la capacità di accumulo di calore di il muro. Inoltre, il sistema di accumulo del calore solare a cambiamento di fase progettato da Yan Yantao ecc. immagazzina il calore nei materiali a cambiamento di fase attraverso i collettori solari durante il giorno, quindi dissipa il calore nell'aria interna attraverso la circolazione dell'aria durante la notte, il che può aumentare la temperatura media di 2,0 ℃ durante la notte. Le tecnologie e le apparecchiature di utilizzo dell'energia solare di cui sopra hanno le caratteristiche di economia, risparmio energetico e basso tenore di carbonio. Dopo l'ottimizzazione e il miglioramento, dovrebbero avere buone prospettive di applicazione nelle aree con abbondanti risorse di energia solare nella Cina nordoccidentale.

Altre tecnologie di riscaldamento ausiliario

01 riscaldamento energetico da biomassa

La lettiera, la paglia, lo sterco di mucca, di pecora e di pollame vengono mescolati con batteri biologici e sepolti nel terreno della serra. Durante il processo di fermentazione viene generato molto calore e vengono generati molti ceppi benefici, materia organica e CO2. I ceppi benefici possono inibire e uccidere una varietà di germi e possono ridurre la comparsa di malattie e parassiti dovuti all’effetto serra; La materia organica può diventare fertilizzante per le colture; La CO2 prodotta può potenziare la fotosintesi delle colture. Ad esempio, Wei Wenxiang ha sepolto fertilizzanti organici caldi come letame di cavallo, di mucca e di pecora nel terreno interno della serra solare nell’altopiano del Qinghai, il che ha effettivamente aumentato la temperatura del suolo. Nella serra solare nell’area desertica del Gansu, Zhou Zhilong ha usato paglia e fertilizzante organico per fermentare tra i raccolti. Il test ha dimostrato che la temperatura della serra può essere aumentata di 2~3℃.

02 riscaldamento a carbone

Sono presenti stufa artificiale, scaldabagno a risparmio energetico e riscaldamento. Ad esempio, dopo un'indagine sull'altopiano del Qinghai, Wei Wenxiang ha scoperto che il riscaldamento tramite forni artificiali veniva utilizzato principalmente a livello locale. Questo metodo di riscaldamento presenta i vantaggi di un riscaldamento più rapido e di un evidente effetto riscaldante. Tuttavia, nel processo di combustione del carbone verranno prodotti gas nocivi come SO2, CO e H2S, quindi è necessario fare un buon lavoro di scarico dei gas nocivi.

03 riscaldamento elettrico

Utilizzare un cavo di riscaldamento elettrico per riscaldare il tetto anteriore della serra oppure utilizzare un riscaldatore elettrico. L'effetto di riscaldamento è notevole, l'uso è sicuro, nella serra non vengono generati inquinanti e l'apparecchiatura di riscaldamento è facile da controllare. Chen Weiqian e altri ritengono che il problema del congelamento in inverno nell'area di Jiuquan ostacoli lo sviluppo dell'agricoltura locale del Gobi e che per riscaldare la serra si possano utilizzare elementi riscaldanti elettrici. Tuttavia, a causa dell’uso di risorse di energia elettrica di alta qualità, il consumo di energia è elevato e il costo è elevato. Si suggerisce di utilizzarlo come mezzo temporaneo di riscaldamento di emergenza in climi estremamente freddi.

Misure di gestione ambientale

Nel processo di produzione e utilizzo della serra, l'attrezzatura completa e il normale funzionamento non possono garantire in modo efficace che l'ambiente termico soddisfi i requisiti di progettazione. Infatti, l'uso e la gestione delle apparecchiature svolgono spesso un ruolo fondamentale nella formazione e nel mantenimento dell'ambiente termico, il più importante dei quali è la gestione quotidiana della trapunta termoisolante e dello sfiato.

Gestione della trapunta termoisolante

La trapunta termoisolante è la chiave per l'isolamento termico notturno del tetto anteriore, quindi è estremamente importante perfezionarne la gestione e la manutenzione quotidiana, in particolare si dovrebbe prestare attenzione ai seguenti problemi:①Scegliere l'orario di apertura e chiusura appropriato della trapunta termoisolante . L'orario di apertura e chiusura della trapunta termoisolante non influisce solo sul tempo di illuminazione della serra, ma influisce anche sul processo di riscaldamento della serra. Aprire e chiudere la trapunta termoisolante troppo presto o troppo tardi non favorisce l'accumulo di calore. Al mattino, se la trapunta viene scoperta troppo presto, la temperatura interna scenderà troppo a causa della bassa temperatura esterna e della luce debole. Al contrario, se il tempo di scoprire la trapunta è troppo tardi, il tempo di ricezione della luce nella serra sarà ridotto e il tempo di aumento della temperatura interna sarà ritardato. Nel pomeriggio, se la trapunta isolante termica viene spenta troppo presto, il tempo di esposizione all'interno sarà ridotto e l'accumulo di calore del suolo e delle pareti interne sarà ridotto. Al contrario, se la conservazione del calore viene disattivata troppo tardi, la dissipazione del calore della serra aumenterà a causa della bassa temperatura esterna e della luce debole. Pertanto, in generale, quando la trapunta termoisolante è accesa al mattino, è consigliabile che la temperatura salga dopo un calo di 1~2℃, mentre quando la trapunta termoisolante è spenta, è consigliabile che la temperatura aumenti dopo una caduta di 1~2℃. ② Quando si chiude la trapunta termoisolante, prestare attenzione a osservare se la trapunta termoisolante copre saldamente tutti i tetti anteriori e regolarli in tempo se c'è uno spazio. ③ Dopo aver posato completamente la trapunta isolante termica, controllare se la parte inferiore è stata compattata, in modo da evitare che l'effetto di conservazione del calore venga sollevato dal vento durante la notte. ④ Controllare e mantenere la trapunta termoisolante nel tempo, soprattutto quando la trapunta termoisolante è danneggiata, ripararla o sostituirla in tempo. ⑤ Prestare attenzione alle condizioni meteorologiche in tempo. In caso di pioggia o neve, coprire in tempo la trapunta isolante termica e rimuovere la neve in tempo.

Gestione delle prese d'aria

Lo scopo della ventilazione in inverno è quello di regolare la temperatura dell'aria per evitare temperature eccessive intorno a mezzogiorno; Il secondo è eliminare l’umidità interna, ridurre l’umidità dell’aria nella serra e controllare parassiti e malattie; Il terzo è aumentare la concentrazione di CO2 indoor e promuovere la crescita delle colture. Tuttavia, la ventilazione e la conservazione del calore sono contraddittorie. Se la ventilazione non viene gestita correttamente, probabilmente si verificheranno problemi di bassa temperatura. Pertanto, quando e per quanto tempo aprire le prese d'aria deve essere regolato dinamicamente in qualsiasi momento in base alle condizioni ambientali della serra. Nelle aree non coltivate del nord-ovest, la gestione degli sfiati delle serre si divide principalmente in due modalità: funzionamento manuale e semplice ventilazione meccanica. Tuttavia, il tempo di apertura e il tempo di ventilazione delle prese d'aria si basano principalmente sul giudizio soggettivo delle persone, quindi può succedere che le prese d'aria vengano aperte troppo presto o troppo tardi. Per risolvere i problemi di cui sopra, Yin Yilei ecc. ha progettato un dispositivo di ventilazione intelligente sul tetto, in grado di determinare il tempo di apertura e le dimensioni di apertura e chiusura dei fori di ventilazione in base ai cambiamenti dell'ambiente interno. Con l’approfondimento della ricerca sulla legge del cambiamento ambientale e della domanda di colture, nonché con la divulgazione e il progresso di tecnologie e attrezzature quali la percezione ambientale, la raccolta, l’analisi e il controllo delle informazioni, l’automazione della gestione della ventilazione nelle serre solari dovrebbe essere un importante direzione di sviluppo per il futuro.

Altre misure di gestione

Nel processo di utilizzo di vari tipi di pellicole, la loro capacità di trasmissione della luce si indebolirà gradualmente e la velocità di indebolimento non è solo correlata alle loro proprietà fisiche, ma anche all'ambiente circostante e alla gestione durante l'uso. Nel processo di utilizzo, il fattore più importante che porta al calo delle prestazioni di trasmissione della luce è l'inquinamento della superficie della pellicola. Pertanto, è estremamente importante effettuare una pulizia e una pulizia regolari quando le condizioni lo consentono. Inoltre, la struttura di recinzione della serra dovrebbe essere controllata regolarmente. Quando c'è una perdita nel muro e nel tetto anteriore, è necessario ripararla in tempo per evitare che la serra venga colpita da infiltrazioni di aria fredda.

Problemi esistenti e direzione dello sviluppo

I ricercatori hanno esplorato e studiato per molti anni la tecnologia di conservazione e stoccaggio del calore, la tecnologia di gestione e i metodi di riscaldamento delle serre nelle aree non coltivate del nord-ovest, che sostanzialmente hanno realizzato la produzione di verdure svernanti, migliorando notevolmente la capacità della serra di resistere ai danni da freddo a bassa temperatura , e sostanzialmente realizzava la produzione svernante di verdure. Ha dato un contributo storico ad alleviare la contraddizione tra cibo e verdure in competizione per la terra in Cina. Tuttavia, ci sono ancora i seguenti problemi nella tecnologia di garanzia della temperatura nella Cina nordoccidentale.

Tipi di serre da aggiornare

Attualmente, i tipi di serre sono ancora quelli comuni costruiti tra la fine del XX secolo e l’inizio di questo secolo, con struttura semplice, design irragionevole, scarsa capacità di mantenere l’ambiente termico della serra e di resistere ai disastri naturali e mancanza di standardizzazione. Pertanto, nella futura progettazione della serra, la forma e l'inclinazione del tetto anteriore, l'angolo di azimut della serra, l'altezza della parete posteriore, la profondità di abbassamento della serra, ecc. dovrebbero essere standardizzati combinando pienamente la latitudine geografica locale e caratteristiche climatiche. Allo stesso tempo, per quanto possibile, in una serra può essere piantata solo una coltura, in modo che sia possibile effettuare un adattamento standardizzato della serra in base ai requisiti di luce e temperatura delle colture piantate.

La scala della serra è relativamente piccola.

Se la scala della serra è troppo piccola, ciò influenzerà la stabilità dell’ambiente termico della serra e lo sviluppo della meccanizzazione. Con il graduale aumento del costo del lavoro, lo sviluppo della meccanizzazione è una direzione importante per il futuro. Pertanto, in futuro, dovremmo basarci sul livello di sviluppo locale, tenere conto delle esigenze dello sviluppo della meccanizzazione, progettare razionalmente lo spazio interno e la disposizione delle serre, accelerare la ricerca e lo sviluppo di attrezzature agricole adatte alle aree locali e migliorare il tasso di meccanizzazione della produzione in serra. Allo stesso tempo, in base alle esigenze delle colture e dei modelli di coltivazione, le attrezzature pertinenti dovrebbero essere conformi agli standard e dovrebbero essere promosse la ricerca e lo sviluppo integrati, l’innovazione e la divulgazione delle apparecchiature di ventilazione, riduzione dell’umidità, conservazione del calore e riscaldamento.

Lo spessore delle pareti come sabbia e blocchi cavi è ancora spesso.

Se il muro è troppo spesso, anche se l’effetto isolante è buono, ridurrà il tasso di utilizzo del suolo, aumenterà il costo e la difficoltà di costruzione. Pertanto, nello sviluppo futuro, da un lato, lo spessore delle pareti potrà essere ottimizzato scientificamente in base alle condizioni climatiche locali; D'altro canto, dovremmo promuovere lo sviluppo leggero e semplificato della parete posteriore, in modo che la parete posteriore della serra mantenga solo la funzione di conservazione del calore, utilizzare collettori solari e altre attrezzature per sostituire l'accumulo e il rilascio di calore della parete . I collettori solari hanno le caratteristiche di elevata efficienza di raccolta del calore, forte capacità di raccolta del calore, risparmio energetico, basso contenuto di carbonio e così via, e la maggior parte di essi può realizzare una regolazione e un controllo attivi e può effettuare un riscaldamento esotermico mirato in base ai requisiti ambientali della serra di notte, con una maggiore efficienza di utilizzo del calore.

È necessario sviluppare una trapunta speciale per l'isolamento termico.

Il tetto anteriore è il corpo principale di dissipazione del calore nella serra e le prestazioni di isolamento termico della trapunta isolante termica influiscono direttamente sull'ambiente termico interno. Al momento, la temperatura dell'ambiente della serra in alcune aree non è buona, in parte perché la trapunta isolante termica è troppo sottile e le prestazioni di isolamento termico dei materiali sono insufficienti. Allo stesso tempo, la trapunta isolante termica presenta ancora alcuni problemi, come scarsa impermeabilità e capacità sciistica, facile invecchiamento della superficie e dei materiali del nucleo, ecc. Pertanto, in futuro, i materiali isolanti termici appropriati dovrebbero essere selezionati scientificamente in base alle normative locali. dovrebbero essere progettati e sviluppati caratteristiche e requisiti climatici e speciali prodotti trapuntati per l'isolamento termico adatti all'uso locale e alla divulgazione.

FINE

Informazioni citate

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, ecc. Stato della ricerca sulla tecnologia di garanzia della temperatura ambientale della serra solare nei terreni non coltivati ​​del nord-ovest [J]. Tecnologia dell'ingegneria agraria, 2022,42(28):12-20.