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

Lo sviluppo di serre solari in aree non coltivate come deserto, Gobi e terreni sabbiosi ha risolto efficacemente 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 a temperatura, 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 negli ultimi anni nelle serre di terra non coltivata e vengono analizzati e riassunti i problemi esistenti e la direzione di sviluppo della temperatura e della protezione ambientale nelle serre solari di terra non coltivata.

La Cina ha una popolazione numerosa e meno risorse terrestri 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 del 2022 ha sottolineato che lo sviluppo dell'agricoltura di base dovrebbe essere accelerato e, sulla base della protezione dell'ambiente ecologico, le terre libere sfruttabili e le terre desolate dovrebbero essere esplorate per sviluppare l'agricoltura di base.La Cina nord-occidentale è ricca di deserto, Gobi, terre desolate e altre risorse di terra non coltivate e risorse naturali di luce e calore, che sono adatte allo sviluppo dell'agricoltura di base.Pertanto, lo sviluppo e l'utilizzo di risorse di terra non coltivata per sviluppare serre di terra non coltivata è di grande importanza strategica per garantire la sicurezza alimentare nazionale e alleviare i conflitti sull'uso della terra.

Attualmente, la serra solare non coltivata è la principale forma di sviluppo agricolo ad alta efficienza in terreni non coltivati.Nel nord-ovest della Cina, la differenza di temperatura tra il giorno e la notte è grande 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 di 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 che le colture possono sopportare, porterà anche a lesioni da congelamento.Pertanto, è particolarmente importante garantire la temperatura necessaria per la normale crescita e sviluppo delle colture.Per mantenere la corretta temperatura della serra solare, non è una singola misura che può essere risolta.Deve essere garantito dagli aspetti della progettazione della serra, della costruzione, della selezione dei materiali, della regolamentazione e della gestione quotidiana.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 della serra, delle misure di conservazione e riscaldamento del calore e della gestione ambientale, in modo da fornire un riferimento sistematico per la razionale progettazione e gestione delle serre non coltivate.

Struttura e materiali della serra

L'ambiente termico della serra dipende principalmente dalla capacità di trasmissione, intercettazione e stoccaggio della serra alla radiazione solare, che è correlata al ragionevole design 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 al fatto che il processo di costruzione e costruzione della serra possa garantire l'effettiva realizzazione dei requisiti di progettazione.

Capacità di trasmissione della luce 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 dell'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 del tetto anteriore della serra.

01 progettare un ragionevole orientamento e azimut della serra

L'orientamento della serra influisce sulle prestazioni di illuminazione della serra e sulla capacità di accumulo di calore della serra.Pertanto, al fine di ottenere più accumulo di calore in serra, l'orientamento delle serre non coltivate nel nord-ovest della Cina è rivolto a sud.Per l'azimut specifico della serra, quando si sceglie da sud a est, è vantaggioso "prendere il sole" e la temperatura interna sale rapidamente al mattino;Quando si seleziona sud-ovest, è vantaggioso per la serra utilizzare la luce pomeridiana.La direzione sud è un compromesso tra le due situazioni di cui sopra.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°, il tempo di luce solare diretta differirà di circa 4 minuti, ovvero l'azimut della serra influisce sull'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 sono alla stessa angolazione, la serra riceverà le stesse ore di luce.Tuttavia, per la zona a nord di 37° di latitudine nord, la temperatura è bassa al mattino e l'orario di scoperta del piumino è in ritardo, mentre la temperatura è relativamente alta nel pomeriggio e alla sera, quindi è opportuno ritardare l'orario di chiusura della trapunta di isolamento termico.Pertanto, queste aree dovrebbero scegliere da sud a ovest e sfruttare appieno la luce pomeridiana.Per le zone con 30°~35° di latitudine nord, a causa delle migliori condizioni di luce mattutina, si può anticipare anche il tempo di conservazione del calore e di scopertura della copertura.Pertanto, queste aree dovrebbero scegliere la direzione sud-est per ottenere una maggiore radiazione solare mattutina per la serra.Tuttavia, nell'area di 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 si tratti di sud-est o sud-ovest, l'angolo di deviazione è generalmente di 5° ~8° e il massimo non deve superare i 10°.La Cina nord-occidentale si trova nell'intervallo di 37°~50° di latitudine nord, quindi l'angolo azimutale 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 ragionevole del tetto anteriore e un angolo di inclinazione

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 di illuminazione principale e l'inclinazione posteriore.La lunga pendenza anteriore e la breve pendenza posteriore favoriscono l'illuminazione e la conservazione del calore del tetto anteriore.Chen Wei-Qian e altri pensano che il tetto di illuminazione principale 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 l'arco semicircolare sul tetto anteriore della serra nelle aree alpine e ad alta latitudine.Per quanto riguarda l'angolo di inclinazione del tetto anteriore, in base alle caratteristiche di trasmissione della luce del film plastico, quando l'angolo incidente è 0 ~ 40°, la riflettività del tetto anteriore alla luce solare è piccola e quando supera i 40°, il la riflettività aumenta notevolmente.Si assume quindi 40° come massimo angolo di incidenza per calcolare l'angolo di inclinazione del tetto frontale, in modo che anche nel solstizio d'inverno la radiazione solare possa entrare nella serra al massimo.Pertanto, nel progettare una serra solare adatta ad aree non coltivate a Wuhai, Mongolia Interna, He Bin e altri hanno calcolato l'angolo di inclinazione del tetto anteriore con un angolo di incidenza di 40°, e hanno pensato che purché 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 sia di 31°, mentre quello nello Xinjiang settentrionale sia di 32°~33,5°.

03 Scegli i materiali di copertura trasparenti adatti.

Oltre all'influenza delle condizioni di radiazione solare all'aperto, anche il materiale e le caratteristiche di trasmissione della luce del film per serra sono fattori importanti che influenzano l'ambiente di luce e calore della serra.Attualmente, la trasmissione della luce di film plastici come PE, PVC, EVA e PO è diversa a causa dei diversi materiali e spessori del film.In generale, la trasmittanza luminosa dei film utilizzati per 1-3 anni può essere garantita complessivamente superiore all'88%, che dovrebbe essere selezionata in base alla domanda di luce e temperatura delle colture.Inoltre, oltre alla trasmissione della luce in serra, anche la distribuzione dell'ambiente luminoso in serra è un fattore a cui le persone prestano sempre più attenzione.Pertanto, negli ultimi anni, il materiale di copertura della trasmissione della luce con una maggiore diffusione della luce è stato molto apprezzato dall'industria, specialmente nelle aree con forte radiazione solare nel nord-ovest della Cina.L'applicazione di una pellicola di luce a dispersione potenziata ha ridotto l'effetto di ombreggiatura sulla parte superiore e inferiore della chioma del raccolto, ha aumentato la luce nella parte centrale e inferiore della chioma del raccolto, ha migliorato le caratteristiche fotosintetiche dell'intero raccolto 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, il che influirà sul 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 piccolo volume, influenzerà il suolo interno e il muro assorbimento e rilascio di calore.Quando la lunghezza è troppo grande, è difficile controllare la temperatura interna e influenzerà la fermezza della struttura della serra e la configurazione del meccanismo di rotolamento della trapunta per la conservazione del calore.L'altezza e la campata della serra influenzano direttamente l'illuminazione diurna del tetto anteriore, le dimensioni dello spazio della serra e il rapporto di isolamento.Quando la campata e la lunghezza della serra sono fisse, l'aumento dell'altezza della serra può aumentare l'angolo di illuminazione del tetto anteriore dal punto di vista dell'ambiente luminoso, che favorisce la trasmissione della luce;Dal punto di vista dell'ambiente termico, l'altezza della parete aumenta e aumenta l'area di accumulo di 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, che richiede una considerazione completa.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 sia di 50~80 m, l'apertura sia di 7 me l'altezza della serra sia di 3,9 m, mentre nello Xinjiang meridionale la lunghezza della serra sia di 50~80 m, il la campata è di 8 me l'altezza della serra è di 3,6 ~ 4,0 m;Si ritiene inoltre che la campata della serra non debba essere inferiore a 7 m, e quando la campata è di 8 m, l'effetto di conservazione del calore è il migliore.Inoltre, Chen Weiqian e altri pensano che la lunghezza, la campata 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 Gobi di Jiuquan, Gansu.

Migliora l'accumulo di calore e la capacità di isolamento della parete

Durante il giorno, la parete accumula calore assorbendo la radiazione solare e il calore di parte dell'aria interna.Di notte, quando la temperatura interna è inferiore alla temperatura della parete, la parete rilascerà passivamente calore per riscaldare la serra.Come principale corpo di accumulo di calore della serra, il muro può migliorare significativamente l'ambiente della temperatura notturna interna migliorando la sua capacità di accumulo di 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 l'accumulo di calore e la capacità di isolamento delle pareti.

01 progettare una struttura murale ragionevole

La funzione del muro comprende principalmente lo stoccaggio e la conservazione del calore e, allo stesso tempo, la maggior parte delle pareti della serra funge 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 immagazzinamento del calore sul lato interno e una sufficiente capacità di conservazione del calore sul lato esterno, riducendo al contempo i ponti freddi non necessari.Nella ricerca sull'accumulo di calore e l'isolamento delle pareti, Bao Encai e altri hanno progettato il muro di accumulo di calore passivo di 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 di calore all'interno.Il test ha mostrato che la temperatura interna potrebbe raggiungere i 13,7 ℃ nei giorni di sole.Ma Yuehong ecc. ha progettato un muro composito di blocchi di malta di guscio di grano nello Xinjiang settentrionale, in cui la calce viva viene riempita in blocchi di malta come strato di accumulo di calore e sacchi di scorie sono impilati all'aperto come strato isolante.Il muro di blocchi forati progettato da Zhao Peng, ecc. nell'area di 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 di 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 del 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 la proprietà di tenuta della parete incollando un pannello di polistirene all'esterno della parte posteriore parete;Wu Letian ecc. ha posizionato una trave anulare in cemento armato sopra la fondazione del muro della serra e ha utilizzato lo stampaggio di mattoni trapezoidali appena sopra la trave anulare per sostenere il tetto posteriore, il che ha risolto il problema che le crepe e il cedimento delle fondamenta sono facili da verificare nelle serre di Hotian, Xinjiang, influenzando così l'isolamento termico delle serre.

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

L'accumulo di calore e l'effetto isolante della parete dipendono in primo luogo dalla scelta dei materiali.Nel deserto del nord-ovest, nel Gobi, nella terra sabbiosa e in altre aree, a seconda delle condizioni del sito, i ricercatori hanno preso materiali locali e hanno tentato audacemente di progettare molti tipi diversi di pareti posteriori di 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 accumulatori di calore e strati isolanti delle pareti;Secondo le caratteristiche del Gobi e del deserto nel nord-ovest della Cina, Zhao Peng ha progettato 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 usano ciottoli come materiale per le pareti durante le indagini sulle serre solari nella regione del Gobi di Kizilsu Kirgiz, nello Xinjiang.In considerazione delle prestazioni termiche e della resistenza meccanica del ciottolo, la serra costruita con ciottoli ha buone prestazioni in termini di conservazione del calore, accumulo di calore e portanza.Allo stesso modo, Zhang Yong, ecc. Usano anche i ciottoli come materiale principale del muro e hanno progettato un muro posteriore di ciottoli di accumulo di calore indipendente nello Shanxi e in altri luoghi.Il test mostra che l'effetto di accumulo di calore è buono.Zhang ecc. ha progettato una sorta 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 di calore del muro di sabbia pieno di blocchi, del muro di blocchi e del muro di mattoni a Hotian, nello Xinjiang.I risultati hanno mostrato che il muro di sabbia pieno di blocchi aveva la maggiore capacità di accumulo di calore.Inoltre, al fine di migliorare le prestazioni di accumulo di calore del muro, i ricercatori sviluppano attivamente nuovi materiali e tecnologie di accumulo di calore.Ad esempio, Bao Encai ha proposto un materiale agente indurente a cambiamento di fase, che può essere utilizzato per migliorare la capacità di accumulo di calore della parete posteriore della serra solare nelle aree non coltivate a nord-ovest.Come l'esplorazione di materiali locali, pagliaio, scorie, pannelli di benzene e paglia vengono utilizzati anche come materiali per pareti, ma questi materiali di solito hanno solo la funzione di conservazione del calore e nessuna capacità di accumulo di calore.In generale, le pareti riempite con ghiaia e blocchi hanno una buona capacità di accumulo termico e di isolamento.

03 Aumentare opportunamente lo spessore della parete

Di solito, 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 selezione di materiali di isolamento termico adeguati, un aumento adeguato 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 del muro di sacchi di sabbia nella città di Zhangye è di 2,6 m, mentre quello del muro di malta nella città di Jiuquan è di 3,7 m.Più spessa è la parete, maggiore è l'isolamento termico e la capacità di accumulo di calore.Tuttavia, muri troppo spessi aumenteranno l'occupazione del suolo e il costo della costruzione della serra.Pertanto, nell'ottica di migliorare la capacità di isolamento termico, dovremmo anche privilegiare la selezione di materiali ad alto isolamento termico e bassa conducibilità 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 non causare l'influenza dell'ombreggiamento e 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 la luce solare diretta durante il giorno, quando vengono piantati e prodotti i raccolti.Pertanto, l'angolo di elevazione del tetto posteriore è generalmente scelto per essere 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 nelle 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 selezione dei materiali di isolamento termico, nella progettazione dello spessore necessario e nel ragionevole giunto di 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 superiore a 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 suolo

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 ​​nell'Hexi Corridor è stata costruita scavando 1 m di profondità, evitando efficacemente lo strato di terreno ghiacciato;Secondo il fatto 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 il muro di fondo della serra solare a doppio arco a doppio film su un terreno non arabile, la profondità di scavo era di 1 m.L'esperimento ha mostrato che la temperatura più bassa durante la notte è stata aumentata di 2 ~ 3 ℃ rispetto alla tradizionale serra solare di seconda generazione.

02 fondotinta protezione dal freddo

Il metodo principale consiste nello scavare un fossato resistente al freddo lungo la parte di fondazione del tetto anteriore, riempire i materiali di isolamento termico o seppellire continuamente i materiali di isolamento termico nel sottosuolo lungo la parte del muro di fondazione, tutti volti a ridurre la perdita di calore causata da trasferimento di calore attraverso il suolo nella parte di confine della serra.I materiali di isolamento termico utilizzati si basano principalmente sulle condizioni locali nel nord-ovest della Cina e possono essere ottenuti localmente, come fieno, scorie, lana di roccia, pannelli di polistirene, paglia di mais, letame di cavallo, foglie cadute, erba rotta, segatura, erbacce, paglia, ecc.

03 pellicola per pacciamatura

Coprendo il film plastico, la luce solare può raggiungere il suolo attraverso il film plastico 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, la pellicola di plastica 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 di 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 l'ambiente della temperatura invernale della serra.Al momento, ci sono tre misure principali per migliorare la capacità di isolamento termico del tetto anteriore.

01 Viene adottato il rivestimento trasparente multistrato.

Strutturalmente, l'utilizzo di film a doppio strato o film 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 a doppio arco a doppia pellicola nell'area di 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 dimostrano 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 anche progettato una serra solare con rivestimento a doppio film per le caratteristiche climatiche di alta latitudine e zone fredde, che ha migliorato significativamente l'isolamento termico della serra.Rispetto alla serra di controllo, la temperatura notturna è aumentata di 3℃.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 del deserto di Hetian, nello Xinjiang.Il film multistrato può ridurre efficacemente la perdita di calore del tetto anteriore, ma poiché la trasmissione della luce del film a strato singolo è sostanzialmente di circa il 90%, il film multistrato porterà naturalmente all'attenuazione della trasmissione della luce.Pertanto, quando si seleziona la copertura multistrato di trasmissione della luce, 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

La pellicola di plastica viene utilizzata sul tetto anteriore per aumentare la trasmissione della luce durante il giorno e 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 isolanti termiche per esperimenti.I risultati del test hanno mostrato che la temperatura interna più bassa in 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 a sandwich isolante termico nella serra solare nella regione del Gobi di Corridoio Hexi.Al momento, ci sono molti tipi di trapunte per l'isolamento termico utilizzate nelle serre solari, ma la maggior parte di esse sono realizzate in feltro agugliato, cotone spruzzato di colla, cotone perlato, ecc., Con strati superficiali impermeabili o anti-invecchiamento 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 suo 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 di base della trapunta termoisolante con elevate prestazioni di isolamento termico è spesso costituito da materiali compositi multistrato.Secondo il test, il coefficiente di scambio termico 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-ovest è ventosa e polverosa e la radiazione ultravioletta è forte, quindi lo strato superficiale di isolamento termico dovrebbe avere buone prestazioni anti-invecchiamento.

03 Aggiungi una tenda interna di isolamento termico.

Sebbene il tetto anteriore della serra solare sia coperto di notte con una trapunta isolante termica esterna, per quanto riguarda le altre strutture dell'intera serra, il tetto anteriore è ancora un punto debole per l'intera serra di notte.Pertanto, il team di progetto di "Struttura e tecnologia costruttiva della serra nel nord-ovest non coltivabile" ha progettato un semplice sistema interno di isolamento termico avvolgibile (Figura 1), la cui struttura è costituita da una tenda interna fissa di isolamento termico nella parte anteriore del piede e una cortina interna mobile di isolamento termico nel vano superiore.La tenda di isolamento termico mobile superiore viene aperta e ripiegata sulla parete posteriore della serra durante il giorno, il che non influisce sull'illuminazione della serra;La trapunta termoisolante fissa nella parte inferiore svolge il ruolo di tenuta durante la notte.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 della bassa temperatura invernale nel nord-ovest della Cina, se ci affidiamo solo alla conservazione del calore e all'accumulo di calore nelle serre, non possiamo ancora soddisfare i requisiti della produzione svernante delle colture in un clima freddo, quindi alcune misure di riscaldamento attivo sono anche interessato.

Sistema di accumulo dell'energia solare e di rilascio del calore

È un motivo importante per cui il muro svolge le funzioni di conservazione del calore, accumulo di calore e carico, il che porta all'elevato costo di costruzione e al basso tasso di utilizzo del suolo delle serre solari.Pertanto, la semplificazione e l'assemblaggio delle serre solari è destinata a rappresentare un'importante direzione di sviluppo per il futuro.Tra questi, la semplificazione della funzione del muro è quella 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, e 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 la temperatura minima nella serra può essere aumentata di 3 ~ 5 ℃ utilizzando questo dispositivo.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 di accumulo di calore attivo 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, il che migliora significativamente la capacità di accumulo di calore di il muro.Inoltre, il sistema di accumulo del calore a cambiamento di fase solare 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, che può aumentare il temperatura media di 2,0 ℃ durante la notte.Le suddette tecnologie e attrezzature per l'utilizzo dell'energia solare hanno le caratteristiche di economia, risparmio energetico e basse emissioni di carbonio.Dopo l'ottimizzazione e il miglioramento, dovrebbero avere una buona prospettiva di applicazione nelle aree con abbondanti risorse di energia solare nel nord-ovest della Cina.

Altre tecnologie di riscaldamento ausiliario

01 riscaldamento a biomassa

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

02 riscaldamento a carbone

Ci sono stufa artificiale, scaldabagno a risparmio energetico e riscaldamento.Ad esempio, dopo un'indagine sull'altopiano del Qinghai, Wei Wenxiang ha scoperto che il riscaldamento artificiale della fornace veniva utilizzato principalmente localmente.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 il filo di riscaldamento elettrico per riscaldare il tetto anteriore della serra o utilizzare il riscaldatore elettrico.L'effetto di riscaldamento è notevole, l'uso è sicuro, non vengono generati inquinanti nella serra e l'apparecchiatura di riscaldamento è facile da controllare.Chen Weiqian e altri pensano che il problema dei danni da congelamento in inverno nell'area di Jiuquan ostacoli lo sviluppo dell'agricoltura locale del Gobi e che gli elementi riscaldanti elettrici possano essere utilizzati per riscaldare la serra.Tuttavia, a causa dell'utilizzo 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 condizioni climatiche estreme.

Misure di gestione ambientale

Nel processo di produzione e utilizzo della serra, l'attrezzatura completa e il normale funzionamento non possono garantire efficacemente che il suo ambiente termico soddisfi i requisiti di progettazione.Infatti, l'uso e la gestione delle apparecchiature giocano spesso un ruolo fondamentale nella formazione e nel mantenimento dell'ambiente termico, il più importante dei quali è la gestione quotidiana di trapunte e bocchette di isolamento termico.

Gestione della trapunta di isolamento termico

La trapunta isolante termica 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 isolante termica .Il tempo 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 troppo presto o troppo tardi la trapunta termoisolante 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 viene 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 salga dopo una caduta di 1~2℃.② Quando si chiude la trapunta dell'isolamento termico, prestare attenzione per osservare se la trapunta dell'isolamento termico copre strettamente tutti i tetti anteriori e regolarli in tempo se c'è uno spazio vuoto.③ Dopo che la trapunta isolante termica è stata completamente posata, 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 dell'isolamento termico nel tempo, soprattutto quando la trapunta dell'isolamento termico è danneggiata, ripararla o sostituirla in tempo.⑤ Prestare attenzione alle condizioni meteorologiche nel tempo.Quando piove o nevica, copri in tempo la trapunta isolante termica e rimuovi la neve in tempo.

Gestione degli sfiati

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 è gestita correttamente, probabilmente porterà a problemi di bassa temperatura.Pertanto, quando e per quanto tempo aprire le prese d'aria devono essere regolati dinamicamente in base alle condizioni ambientali della serra in qualsiasi momento.Nelle aree non coltivate nord-occidentali, la gestione degli sfiati delle serre si divide principalmente in due modalità: azionamento 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 accadere 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 del tetto, che può 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 la divulgazione e il progresso di tecnologie e attrezzature come la percezione ambientale, la raccolta di informazioni, l'analisi e il controllo, l'automazione della gestione della ventilazione nelle serre solari dovrebbe essere un importante direzione di sviluppo in futuro.

Altre misure di gestione

Nel processo di utilizzo di vari tipi di film per capannoni, 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 declino delle prestazioni di trasmissione della luce è l'inquinamento della superficie del film.Pertanto, è estremamente importante eseguire regolarmente la pulizia e la pulizia quando le condizioni lo consentono.Inoltre, la struttura del recinto della serra dovrebbe essere controllata regolarmente.Quando c'è una perdita nel muro e nel tetto anteriore, dovrebbe essere riparata in tempo per evitare che la serra venga colpita da infiltrazioni di aria fredda.

Problemi esistenti e direzione di 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 a nord-ovest, che sostanzialmente hanno realizzato la produzione svernante di verdure, migliorando notevolmente la capacità della serra di resistere alle lesioni da raffreddamento a bassa temperatura , e sostanzialmente realizzò la produzione svernante di ortaggi.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 nel nord-ovest della Cina.

Tipi di serra da aggiornare

Allo stato attuale, i tipi di serre sono ancora quelli comuni costruiti alla fine del XX secolo e all'inizio di questo secolo, con struttura semplice, design irragionevole, scarsa capacità di mantenere l'ambiente termico della serra e resistere ai disastri naturali e mancanza di standardizzazione.Pertanto, nella futura progettazione della serra, la forma e l'inclinazione del tetto anteriore, l'angolo azimutale della serra, l'altezza della parete posteriore, la profondità di affondamento della serra, ecc. dovrebbero essere standardizzate combinando completamente la latitudine geografica locale e caratteristiche climatiche.Allo stesso tempo, solo una coltura può essere piantata in una serra, per quanto possibile, in modo da poter effettuare l'abbinamento 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, 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 di 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 abbinate 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 forati è ancora alto.

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 della parete può essere scientificamente ottimizzato in base alle condizioni climatiche locali;D'altra parte, dovremmo promuovere lo sviluppo leggero e semplificato della parete di fondo, in modo che la parete di fondo della serra mantenga solo la funzione di conservazione del calore, utilizzare collettori solari e altre attrezzature per sostituire l'accumulo di calore e il rilascio del muro .I collettori solari hanno le caratteristiche di elevata efficienza di raccolta del calore, forte capacità di raccolta del calore, risparmio energetico, basse emissioni di carbonio e così via, e la maggior parte di essi può realizzare regolazione e controllo attivi e può effettuare un riscaldamento esotermico mirato in base ai requisiti ambientali della serra di notte, con maggiore efficienza di utilizzo del calore.

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

Il tetto anteriore è il corpo principale della dissipazione del calore in serra e le prestazioni di isolamento termico della trapunta termoisolante influiscono direttamente sull'ambiente termico interno.Al momento, l'ambiente della temperatura della serra in alcune zone non è buono, in parte perché la trapunta dell'isolamento termico è troppo sottile e le prestazioni di isolamento termico dei materiali sono insufficienti.Allo stesso tempo, la trapunta termoisolante presenta ancora alcuni problemi, come scarsa impermeabilità e capacità di sciare, facile invecchiamento della superficie e dei materiali di base, ecc. Pertanto, in futuro, i materiali di isolamento termico 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 e alla divulgazione locali.

FINE

Informazioni citate

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