Tehnologie de inginerie agricolă horticolă în seră, publicată la Beijing pe 2 decembrie 2022, ora 17:30

Dezvoltarea serelor solare în zone necultivate, cum ar fi deșertul, Gobi și terenurile nisipoase, a rezolvat eficient contradicția dintre alimente și legume, care concurează pentru teren. Este unul dintre factorii de mediu decisivi pentru creșterea și dezvoltarea culturilor cu temperatură ridicată, care determină adesea succesul sau eșecul producției de culturi în seră. Prin urmare, pentru a dezvolta sere solare în zone necultivate, trebuie mai întâi să rezolvăm problema temperaturii mediului înconjurător din seră. În acest articol, sunt rezumate metodele de control al temperaturii utilizate în serele de terenuri necultivate în ultimii ani și sunt analizate și rezumate problemele existente și direcția de dezvoltare a temperaturii și protecției mediului în serele solare de terenuri necultivate.

China are o populație numeroasă și resurse funciare disponibile mai puține. Peste 85% din resursele funciare sunt resurse funciare necultivate, care sunt concentrate în principal în nord-vestul Chinei. Documentul nr. 1 al Comitetului Central din 2022 a subliniat că dezvoltarea agriculturii instalate ar trebui accelerată și, pe baza protejării mediului ecologic, terenurile vacante și virane exploatabile ar trebui explorate pentru a dezvolta agricultura instalată. Nord-vestul Chinei este bogat în resurse funciare de deșert, Gobi, virane și alte resurse funciare necultivate, precum și în resurse naturale de lumină și căldură, care sunt potrivite pentru dezvoltarea agriculturii instalate. Prin urmare, dezvoltarea și utilizarea resurselor funciare necultivate pentru a dezvolta sere de terenuri necultivate are o importanță strategică deosebită pentru asigurarea securității alimentare naționale și atenuarea conflictelor legate de utilizarea terenurilor.

În prezent, sera solară necultivată reprezintă principala formă de dezvoltare agricolă de înaltă eficiență pe terenurile necultivate. În nord-vestul Chinei, diferența de temperatură dintre zi și noapte este mare, iar temperatura nocturnă în timpul iernii este scăzută, ceea ce duce adesea la fenomenul în care temperatura minimă interioară este mai mică decât temperatura necesară pentru creșterea și dezvoltarea normală a culturilor. Temperatura este unul dintre factorii de mediu indispensabili pentru creșterea și dezvoltarea culturilor. O temperatură prea scăzută va încetini reacția fiziologică și biochimică a culturilor și va încetini creșterea și dezvoltarea acestora. Atunci când temperatura este mai mică decât limita pe care o pot suporta culturile, aceasta va duce chiar la daune cauzate de îngheț. Prin urmare, este deosebit de important să se asigure temperatura necesară pentru creșterea și dezvoltarea normală a culturilor. Menținerea temperaturii adecvate a serei solare nu poate fi rezolvată printr-o singură măsură. Aceasta trebuie garantată din punct de vedere al proiectării serei, construcției, selecției materialelor, reglementării și gestionării zilnice. Prin urmare, acest articol va rezuma stadiul cercetării și progresul controlului temperaturii serelor necultivate din China în ultimii ani, din perspectiva proiectării și construcției serelor, a măsurilor de conservare a căldurii și de încălzire și a managementului mediului, astfel încât să ofere o referință sistematică pentru proiectarea și gestionarea rațională a serelor necultivate.

Structura și materialele serei

Mediul termic al serei depinde în principal de capacitatea de transmitere, interceptare și stocare a radiației solare a serei, care este legată de proiectarea rezonabilă a orientării serei, forma și materialul suprafeței de transmitere a luminii, structura și materialul pereților și acoperișului din spate, izolația fundației, dimensiunea serei, modul de izolație nocturnă și materialul acoperișului frontal etc., și, de asemenea, de posibilitatea ca procesul de construcție a serei să asigure realizarea eficientă a cerințelor de proiectare.

Capacitatea de transmisie a luminii a acoperișului frontal

Principala energie din seră provine de la soare. Creșterea capacității de transmisie a luminii prin acoperișul frontal este benefică pentru ca sera să obțină mai multă căldură și este, de asemenea, o bază importantă pentru asigurarea temperaturii mediului din seră pe timp de iarnă. În prezent, există trei metode principale pentru a crește capacitatea de transmisie a luminii și timpul de recepție a luminii prin acoperișul frontal al serei.

01. Proiectarea unei orientări și azimuturi rezonabile pentru seră

Orientarea serei afectează performanța de iluminare a serei și capacitatea de stocare a căldurii. Prin urmare, pentru a obține o stocare mai mare a căldurii în seră, orientarea serelor necultivate din nord-vestul Chinei este spre sud. Pentru azimutul specific al serei, atunci când se alege orientarea de la sud la est, este benefic să „prindă soarele”, iar temperatura interioară crește rapid dimineața; atunci când se alege orientarea de la sud la vest, este benefic pentru seră să utilizeze lumina de după-amiază. Direcția sud este un compromis între cele două situații de mai sus. Conform cunoștințelor geofizice, Pământul se rotește la 360° într-o zi, iar azimutul soarelui se mișcă cu aproximativ 1° la fiecare 4 minute. Prin urmare, de fiecare dată când azimutul serei diferă cu 1°, timpul de expunere directă la soare va diferi cu aproximativ 4 minute, adică azimutul serei afectează momentul în care sera este expusă la lumină dimineața și seara.

Când orele de lumină de dimineață și de după-amiază sunt egale, iar estul sau vestul sunt la același unghi, sera va primi aceleași ore de lumină. Cu toate acestea, pentru zonele la nord de 37° latitudine nordică, temperatura este scăzută dimineața, iar timpul de dezvelire a păturii este târziu, în timp ce temperatura este relativ ridicată după-amiaza și seara, așa că este potrivit să se amâne momentul închiderii păturii termoizolante. Prin urmare, aceste zone ar trebui să aleagă direcția sud-vest și să utilizeze din plin lumina de după-amiază. Pentru zonele cu 30°~35° latitudine nordică, datorită condițiilor de iluminare mai bune dimineața, timpul de conservare a căldurii și de dezvelire a păturii poate fi, de asemenea, avansat. Prin urmare, aceste zone ar trebui să aleagă direcția sud-est pentru a obține mai multă radiație solară de dimineață pentru seră. Cu toate acestea, în zona de 35°~37° latitudine nordică, există o mică diferență în ceea ce privește radiația solară dimineața și după-amiaza, așa că este mai bine să se aleagă direcția sud. Indiferent dacă este vorba de sud-est sau sud-vest, unghiul de deviere este în general de 5°~8°, iar maximul nu trebuie să depășească 10°. Nord-vestul Chinei se află în intervalul 37°~50° latitudine nordică, astfel încât unghiul de azimut al serei este în general de la sud la vest. Având în vedere acest lucru, sera solară proiectată de Zhang Jingshe etc. în zona Taiyuan a ales o orientare de 5° la vest de sud, sera solară construită de Chang Meimei etc. în zona Gobi a Coridorului Hexi a adoptat o orientare de 5° până la 10° la vest de sud, iar sera solară construită de Ma Zhigui etc. în nordul Xinjiangului a adoptat o orientare de 8° la vest de sud.

02 Proiectați o formă rezonabilă a acoperișului frontal și un unghi de înclinare rezonabile

Forma și înclinarea acoperișului frontal determină unghiul de incidență al razelor solare. Cu cât unghiul de incidență este mai mic, cu atât transmitanța este mai mare. Sun Juren consideră că forma acoperișului frontal este determinată în principal de raportul dintre lungimea suprafeței principale de iluminat și panta spate. Panta frontală lungă și panta spate scurtă sunt benefice pentru iluminarea și conservarea căldurii acoperișului frontal. Chen Wei-Qian și alții consideră că acoperișul principal de iluminat al serei solare utilizate în zona Gobi adoptă un arc circular cu o rază de 4,5 m, care poate rezista eficient la frig. Zhang Jingshe și alții consideră că este mai potrivit să se utilizeze un arc semicircular pe acoperișul frontal al serei în zonele alpine și de mare latitudine. În ceea ce privește unghiul de înclinare al acoperișului frontal, conform caracteristicilor de transmisie a luminii ale foliei de plastic, atunci când unghiul de incidență este de 0 ~ 40°, reflectivitatea acoperișului frontal la lumina soarelui este mică, iar când depășește 40°, reflectivitatea crește semnificativ. Prin urmare, unghiul de incidență maxim de 40° este considerat pentru calcularea unghiului de înclinare al acoperișului frontal, astfel încât, chiar și în timpul solstițiului de iarnă, radiația solară să poată pătrunde în seră în cea mai mare măsură. Prin urmare, la proiectarea unei sere solare potrivite pentru zonele necultivate din Wuhai, Mongolia Interioară, He Bin și alții au calculat unghiul de înclinare al acoperișului frontal cu un unghi de incidență de 40° și au considerat că, atâta timp cât acesta este mai mare de 30°, poate îndeplini cerințele de iluminare a serelor și de conservare a căldurii. Zhang Caihong și alții consideră că, atunci când se construiesc sere în zonele necultivate din Xinjiang, unghiul de înclinare al acoperișului frontal al serelor din sudul Xinjiangului este de 31°, în timp ce în nordul Xinjiangului este de 32°~33,5°.

03 Alegeți materiale de acoperire transparente adecvate.

Pe lângă influența condițiilor de radiație solară exterioară, caracteristicile materialului și ale transmisiei luminii foliei pentru seră sunt, de asemenea, factori importanți care afectează mediul luminos și termic al serei. În prezent, transmisia luminii foliilor din plastic, cum ar fi PE, PVC, EVA și PO, este diferită datorită diferitelor materiale și grosimi ale foliei. În general, se poate garanta că transmisia luminii foliilor care au fost utilizate timp de 1-3 ani este peste 88% în total, aceasta trebuind selectată în funcție de cererea culturilor de lumină și temperatură. În plus, pe lângă transmisia luminii în seră, distribuția mediului luminos în seră este, de asemenea, un factor căruia oamenii îi acordă din ce în ce mai multă atenție. Prin urmare, în ultimii ani, materialul de acoperire cu transmisie a luminii cu împrăștiere îmbunătățită a luminii a fost foarte recunoscut de industrie, în special în zonele cu radiație solară puternică din nord-vestul Chinei. Aplicarea foliei cu împrăștiere îmbunătățită a luminii a redus efectul de umbrire pe partea superioară și inferioară a coronamentului culturii, a crescut lumina în părțile mijlocii și inferioare ale coronamentului culturii, a îmbunătățit caracteristicile fotosintetice ale întregii culturi și a demonstrat un efect bun de promovare a creșterii și creștere a producției.

Design rezonabil al dimensiunii serii

Lungimea serei este prea mare sau prea scurtă, ceea ce va afecta controlul temperaturii interioare. Când lungimea serei este prea scurtă, înainte de răsărit și apus, zona umbrită de frontoanele de est și vest este mare, ceea ce nu este propice încălzirii serei și, din cauza volumului său mic, va afecta absorbția și eliberarea căldurii de către solul interior și pereții. Când lungimea este prea mare, este dificil să se controleze temperatura interioară și va afecta fermitatea structurii serei și configurația mecanismului de rulare a pilotei de conservare a căldurii. Înălțimea și deschiderea serei afectează direct iluminarea naturală a acoperișului frontal, dimensiunea spațiului serei și raportul de izolație. Când deschiderea și lungimea serei sunt fixe, creșterea înălțimii serei poate crește unghiul de iluminare al acoperișului frontal din perspectiva mediului luminos, ceea ce este propice transmiterii luminii; Din punct de vedere al mediului termic, înălțimea peretelui crește, iar zona de stocare a căldurii de către peretele din spate crește, ceea ce este benefic pentru stocarea căldurii și eliberarea căldurii de către peretele din spate. Mai mult, spațiul este mare, capacitatea termică este, de asemenea, mare, iar mediul termic al serei este mai stabil. Desigur, creșterea înălțimii serei va crește costul acesteia, ceea ce necesită o analiză amănunțită. Prin urmare, atunci când proiectăm o seră, ar trebui să alegem o lungime, o deschidere și o înălțime rezonabile în funcție de condițiile locale. De exemplu, Zhang Caihong și alții consideră că în nordul Xinjiangului, lungimea serei este de 50~80 m, deschiderea este de 7 m și înălțimea serei este de 3,9 m, în timp ce în sudul Xinjiangului, lungimea serei este de 50~80 m, deschiderea este de 8 m și înălțimea serei este de 3,6~4,0 m; De asemenea, se consideră că deschiderea serei nu ar trebui să fie mai mică de 7 m, iar când deschiderea este de 8 m, efectul de conservare a căldurii este cel mai bun. În plus, Chen Weiqian și alții consideră că lungimea, deschiderea și înălțimea serei solare ar trebui să fie de 80 m, 8~10 m și, respectiv, 3,8~4,2 m atunci când va fi construită în zona Gobi din Jiuquan, Gansu.

Îmbunătățirea stocării căldurii și a capacității de izolare a peretelui

În timpul zilei, peretele acumulează căldură prin absorbția radiației solare și a căldurii din aerul interior. Noaptea, când temperatura interioară este mai mică decât temperatura peretelui, peretele va elibera pasiv căldură pentru a încălzi sera. Fiind principalul corp de stocare a căldurii al serei, peretele poate îmbunătăți semnificativ temperatura mediului interior nocturn prin îmbunătățirea capacității sale de stocare a căldurii. În același timp, funcția de izolare termică a peretelui este baza stabilității mediului termic al serei. În prezent, există mai multe metode de îmbunătățire a capacității de stocare a căldurii și de izolare a pereților.

01 proiectează o structură rezonabilă a peretelui

Funcția peretelui include în principal stocarea și conservarea căldurii și, în același timp, majoritatea pereților de seră servesc și ca elemente portante pentru a susține structura acoperișului. Din punctul de vedere al obținerii unui mediu termic bun, o structură rezonabilă a peretelui ar trebui să aibă o capacitate suficientă de stocare a căldurii pe partea interioară și o capacitate suficientă de conservare a căldurii pe partea exterioară, reducând în același timp punțile termice inutile. În cercetarea stocării și izolației căldurii în pereți, Bao Encai și alții au proiectat peretele de stocare pasivă a căldurii din nisip solidificat în zona deșertică Wuhai, Mongolia Interioară. Cărămida poroasă a fost utilizată ca strat de izolație la exterior, iar nisipul solidificat a fost utilizat ca strat de stocare a căldurii la interior. Testul a arătat că temperatura interioară poate ajunge la 13,7 ℃ în zilele însorite. Ma Yuehong etc. a proiectat un perete compozit din blocuri de mortar din cochilie de grâu în nordul Xinjiangului, în care varul nestins este umplut în blocuri de mortar ca strat de stocare a căldurii, iar sacii de zgură sunt stivuiți în exterior ca strat de izolație. Peretele din blocuri goale proiectat de Zhao Peng etc. în zona Gobi din provincia Gansu, folosește placă de benzen cu grosimea de 100 mm ca strat izolator la exterior și nisip și cărămidă goală ca strat de stocare a căldurii la interior. Testele arată că temperatura medie iarna este peste 10℃ noaptea, iar Chai Regeneration etc. folosește, de asemenea, nisip și pietriș ca strat izolator și strat de stocare a căldurii pentru peretele din zona Gobi din provincia Gansu. În ceea ce privește reducerea punților termice, Yan Junyue etc. a proiectat un perete posterior ușor și simplificat, care nu numai că a îmbunătățit rezistența termică a peretelui, dar a îmbunătățit și proprietatea de etanșare a acestuia prin lipirea plăcii de polistiren pe exteriorul peretelui posterior; Wu Letian etc. a amplasat o grindă inelară din beton armat deasupra fundației peretelui serei și a folosit o ștanțare trapezoidală din cărămidă chiar deasupra grinzii inelare pentru a susține acoperișul posterior, ceea ce a rezolvat problema apariției ușoară a fisurilor și a tasării fundației în serele din Hotian, Xinjiang, afectând astfel izolația termică a serelor.

02 Alegeți materiale adecvate pentru stocarea căldurii și izolarea acestora.

Efectul de stocare a căldurii și izolare al peretelui depinde în primul rând de alegerea materialelor. În deșertul de nord-vest, Gobi, terenurile nisipoase și alte zone, în funcție de condițiile amplasamentului, cercetătorii au utilizat materiale locale și au făcut încercări îndrăznețe de a proiecta diverse tipuri de pereți posteriori ai serelor solare. De exemplu, când Zhang Guosen și alții au construit sere în câmpuri de nisip și pietriș în Gansu, nisipul și pietrișul au fost folosite ca straturi de stocare a căldurii și izolație a pereților; Conform caracteristicilor Gobi și ale deșertului din nord-vestul Chinei, Zhao Peng a proiectat un tip de perete din blocuri goale, folosind gresie și blocuri goale ca materiale. Testul arată că temperatura medie nocturnă interioară este peste 10℃. Având în vedere deficitul de materiale de construcție, cum ar fi cărămizile și argila, în regiunea Gobi din nord-vestul Chinei, Zhou Changji și alții au descoperit că serele locale folosesc de obicei pietricele ca materiale pentru pereți atunci când au investigat serele solare din regiunea Gobi din Kizilsu Kirgiz, Xinjiang. Având în vedere performanța termică și rezistența mecanică a pietricelei, sera construită cu pietricele are performanțe bune în ceea ce privește conservarea căldurii, stocarea căldurii și portanța. În mod similar, Zhang Yong etc. folosește pietricele ca material principal pentru perete și a proiectat un perete posterior din pietricele pentru stocarea independentă a căldurii în Shanxi și în alte locuri. Testul arată că efectul de stocare a căldurii este bun. Zhang etc. a proiectat un tip de perete din gresie, conform caracteristicilor zonei de nord-vest a zonei Gobi, care poate crește temperatura interioară cu 2,5 ℃. În plus, Ma Yuehong și alții au testat capacitatea de stocare a căldurii a peretelui de nisip umplut cu blocuri, a peretelui de blocuri și a peretelui de cărămidă în Hotian, Xinjiang. Rezultatele au arătat că peretele de nisip umplut cu blocuri are cea mai mare capacitate de stocare a căldurii. În plus, pentru a îmbunătăți performanța de stocare a căldurii peretelui, cercetătorii dezvoltă activ noi materiale și tehnologii de stocare a căldurii. De exemplu, Bao Encai a propus un material de agent de întărire cu schimbare de fază, care poate fi utilizat pentru a îmbunătăți capacitatea de stocare a căldurii a peretelui posterior al serelor solare în zonele necultivate din nord-vest. Pe măsură ce se explorează materiale locale, se utilizează și carul de fân, zgura, plăcile de benzen și paiele ca materiale pentru pereți, dar aceste materiale au de obicei doar funcția de conservare a căldurii și nu au capacitatea de stocare a căldurii. În general, pereții umpluți cu pietriș și blocuri au o bună capacitate de stocare a căldurii și de izolare.

03 Măriți în mod corespunzător grosimea peretelui

De obicei, rezistența termică este un indicator important pentru măsurarea performanței de izolare termică a peretelui, iar factorul care afectează rezistența termică este grosimea stratului de material, pe lângă conductivitatea termică a materialului. Prin urmare, pe baza selecției materialelor de izolare termică adecvate, creșterea corespunzătoare a grosimii peretelui poate crește rezistența termică generală a peretelui și poate reduce pierderea de căldură prin perete, crescând astfel izolația termică și capacitatea de stocare a căldurii peretelui și a întregii sere. De exemplu, în Gansu și în alte zone, grosimea medie a peretelui din saci de nisip din orașul Zhangye este de 2,6 m, în timp ce cea a peretelui din zidărie de mortar din orașul Jiuquan este de 3,7 m. Cu cât peretele este mai gros, cu atât este mai mare capacitatea sa de izolare termică și stocare a căldurii. Cu toate acestea, pereții prea groși vor crește ocuparea terenului și costul construcției serei. Prin urmare, din perspectiva îmbunătățirii capacității de izolare termică, ar trebui să acordăm prioritate selectării materialelor de izolare termică ridicată cu conductivitate termică scăzută, cum ar fi polistirenul, poliuretanul și alte materiale, și apoi să creștem grosimea în mod corespunzător.

Design rezonabil al acoperișului din spate

Pentru proiectarea acoperișului din spate, principala considerație este de a nu provoca influența umbririi și de a îmbunătăți capacitatea de izolare termică. Pentru a reduce influența umbririi asupra acoperișului din spate, setarea unghiului de înclinare al acestuia se bazează în principal pe faptul că acoperișul din spate poate primi lumina directă a soarelui în timpul zilei, când se plantează și se produc culturi. Prin urmare, unghiul de elevație al acoperișului din spate este, în general, ales să fie mai bun decât unghiul local de altitudine solară la solstițiul de iarnă de 7°~8°. De exemplu, Zhang Caihong și alții consideră că atunci când se construiesc sere solare în zonele Gobi și saline-alcaline din Xinjiang, lungimea proiectată a acoperișului din spate este de 1,6 m, deci unghiul de înclinare al acoperișului din spate este de 40° în sudul Xinjiangului și de 45° în nordul Xinjiangului. Chen Wei-Qian și alții consideră că acoperișul din spate al serei solare din zona Jiuquan Gobi ar trebui să fie înclinat la 40°. Pentru izolația termică a acoperișului din spate, capacitatea de izolare termică trebuie asigurată în principal prin alegerea materialelor de izolație termică, proiectarea grosimii necesare și îmbinarea rezonabilă a materialelor de izolație termică în timpul construcției.

Reduce pierderile de căldură din sol

În timpul nopții de iarnă, deoarece temperatura solului din interior este mai mare decât cea a solului din exterior, căldura solului din interior va fi transferată în exterior prin conducție termică, provocând pierderea de căldură din efectul de seră. Există mai multe modalități de a reduce pierderea de căldură din sol.

01 izolație a solului

Solul se scufundă corespunzător, evitând stratul de sol înghețat și folosind solul pentru conservarea căldurii. De exemplu, sera solară „1448 din trei materiale, un singur corp”, dezvoltată de Chai Regeneration și alte terenuri necultivate din Coridorul Hexi, a fost construită prin săparea a 1 m adâncime, evitând efectiv stratul de sol înghețat; Având în vedere faptul că adâncimea solului înghețat în zona Turpan este de 0,8 m, Wang Huamin și alții au sugerat săparea a 0,8 m pentru a îmbunătăți capacitatea de izolare termică a serei. Când Zhang Guosen etc. a construit peretele din spate al serei solare cu arc dublu și peliculă dublă pe teren nearabil, adâncimea de săpare a fost de 1 m. Experimentul a arătat că cea mai scăzută temperatură pe timp de noapte a crescut cu 2~3 ℃ în comparație cu sera solară tradițională de a doua generație.

02 protecție împotriva frigului la fundație

Principala metodă constă în săparea unui șanț rezistent la frig de-a lungul părții de fundație a acoperișului frontal, umplerea cu materiale termoizolante sau îngroparea continuă a materialelor termoizolante de-a lungul părții peretelui fundației, toate acestea având ca scop reducerea pierderilor de căldură cauzate de transferul de căldură prin sol, la limita serei. Materialele termoizolante utilizate se bazează în principal pe condițiile locale din nord-vestul Chinei și pot fi obținute local, cum ar fi fân, zgură, vată minerală, plăci de polistiren, paie de porumb, gunoi de grajd, frunze căzute, iarbă spartă, rumeguș, buruieni, paie etc.

03 folie de mulcire

Prin acoperirea foliei de plastic, lumina soarelui poate ajunge la sol prin intermediul acesteia în timpul zilei, iar solul absoarbe căldura soarelui și se încălzește. Mai mult, folia de plastic poate bloca radiațiile cu undă lungă reflectate de sol, reducând astfel pierderile de radiație ale solului și crescând stocarea căldurii în sol. Noaptea, folia de plastic poate împiedica schimbul de căldură prin convecție dintre sol și aerul interior, reducând astfel pierderile de căldură ale solului. În același timp, folia de plastic poate reduce și pierderile latente de căldură cauzate de evaporarea apei din sol. Wei Wenxiang a acoperit sera cu folie de plastic în Platoul Qinghai, iar experimentul a arătat că temperatura solului poate fi crescută cu aproximativ 1 ℃.

Consolidarea performanței de izolare termică a acoperișului frontal

Acoperișul frontal al serei este principala suprafață de disipare a căldurii, iar pierderile de căldură reprezintă peste 75% din pierderile totale de căldură din seră. Prin urmare, consolidarea capacității de izolare termică a acoperișului frontal al serei poate reduce eficient pierderile prin acoperișul frontal și poate îmbunătăți temperatura ambientală de iarnă a serei. În prezent, există trei măsuri principale pentru îmbunătățirea capacității de izolare termică a acoperișului frontal.

01 Se adoptă o acoperire transparentă multistrat.

Din punct de vedere structural, utilizarea unei folii duble sau triplu straturi ca suprafață de transmitere a luminii a serii poate îmbunătăți eficient performanța de izolare termică a acesteia. De exemplu, Zhang Guosen și alții au proiectat o seră solară de tip săpat cu folie dublă, cu arc dublu, în zona Gobi din orașul Jiuquan. Exteriorul acoperișului frontal al serii este fabricat din folie EVA, iar interiorul serii este fabricat din folie anti-îmbătrânire din PVC, fără scurgeri. Experimentele arată că, în comparație cu sera solară tradițională de a doua generație, efectul de izolare termică este remarcabil, iar temperatura minimă pe timp de noapte crește în medie cu 2~3 ℃. În mod similar, Zhang Jingshe și alții au proiectat, de asemenea, o seră solară cu folie dublă pentru caracteristicile climatice ale latitudinilor mari și zonelor cu temperaturi extrem de scăzute, ceea ce a îmbunătățit semnificativ izolația termică a serii. Comparativ cu sera de control, temperatura nocturnă a crescut cu 3 ℃. În plus, Wu Letian și alții au încercat să utilizeze trei straturi de folie EVA cu grosimea de 0,1 mm pe acoperișul frontal al serei solare proiectate în zona deșertică Hetian, Xinjiang. Folia multistrat poate reduce eficient pierderile de căldură ale acoperișului frontal, dar deoarece transmitanța luminii foliei cu un singur strat este practic de aproximativ 90%, folia multistrat va duce în mod natural la atenuarea transmitanței luminii. Prin urmare, atunci când se selectează o acoperire multistrat, este necesar să se acorde atenție condițiilor de iluminare și cerințelor de iluminare ale serelor.

02 Consolidarea izolației nocturne a acoperișului frontal

Pe acoperișul frontal se folosește folie de plastic pentru a crește transmitanța luminii în timpul zilei, iar noaptea devine cel mai slab loc din întreaga seră. Prin urmare, acoperirea suprafeței exterioare a acoperișului frontal cu o cuvertură termoizolantă compozită groasă este o măsură necesară de izolare termică pentru serele solare. De exemplu, în regiunea alpină Qinghai, Liu Yanjie și alții au folosit perdele de paie și hârtie kraft ca cuverturi termoizolante pentru experimente. Rezultatele testelor au arătat că cea mai scăzută temperatură interioară din seră pe timp de noapte poate ajunge peste 7,7 ℃. În plus, Wei Wenxiang consideră că pierderea de căldură a serei poate fi redusă cu peste 90% prin utilizarea unor perdele duble de iarbă sau a hârtiei kraft exterioare pentru izolarea termică în această zonă. În plus, Zou Ping etc. a folosit o cuvertură termoizolantă din pâslă cu fibre reciclate în sera solară din regiunea Gobi din Xinjiang, iar Chang Meimei etc. a folosit o cuvertură termoizolantă din bumbac tip sandwich termoizolant în sera solară din regiunea Gobi din Coridorul Hexi. În prezent, există multe tipuri de pilote termoizolante utilizate în serele solare, dar majoritatea sunt fabricate din pâslă aculizată, bumbac pulverizat cu lipici, bumbac perlat etc., cu straturi de suprafață impermeabile sau anti-îmbătrânire pe ambele părți. Conform mecanismului de izolare termică al pilotei termoizolante, pentru a îmbunătăți performanța acesteia, ar trebui să începem cu îmbunătățirea rezistenței sale termice și reducerea coeficientului de transfer termic, iar principalele măsuri sunt reducerea conductivității termice a materialelor, creșterea grosimii straturilor de material sau creșterea numărului de straturi de material etc. Prin urmare, în prezent, materialul de bază al pilotei termoizolante cu performanțe ridicate de izolare termică este adesea fabricat din materiale compozite multistrat. Conform testului, coeficientul de transfer termic al pilotei termoizolante cu performanțe ridicate de izolare termică poate ajunge în prezent la 0,5W/(m2℃), ceea ce oferă o garanție mai bună pentru izolarea termică a serelor în zonele reci în timpul iernii. Desigur, zona de nord-vest este vântoasă și prăfuită, iar radiațiile ultraviolete sunt puternice, așa că stratul de suprafață termoizolant ar trebui să aibă o bună performanță anti-îmbătrânire.

03 Adăugați o perdea interioară de izolație termică.

Deși acoperișul frontal al serei expuse la soare este acoperit noaptea cu o pelerină termoizolantă exterioară, în ceea ce privește alte structuri ale întregii sere, acoperișul frontal este încă un punct slab pentru întreaga seră pe timp de noapte. Prin urmare, echipa de proiect „Structura și tehnologia de construcție a serelor în terenurile nearabile din nord-vest” a proiectat un sistem simplu de izolație termică internă tip rulou (Figura 1), a cărui structură constă dintr-o perdea termoizolantă internă fixă ​​la baza frontală și o perdea termoizolantă internă mobilă în spațiul superior. Perdea termoizolantă superioară mobilă este deschisă și pliată la peretele din spate al serei în timpul zilei, ceea ce nu afectează iluminatul serei; pelerina termoizolantă fixă ​​din partea inferioară joacă rolul de etanșare pe timp de noapte. Designul izolației interne este elegant și ușor de utilizat și poate juca, de asemenea, rolul de umbrire și răcire pe timp de vară.

Tehnologie de încălzire activă

Din cauza temperaturilor scăzute din timpul iernii din nord-vestul Chinei, chiar dacă ne bazăm doar pe conservarea și stocarea căldurii în sere, tot nu putem satisface cerințele de producție pentru iernarea culturilor în anumite perioade de vreme rece, așa că sunt luate în considerare și măsuri active de încălzire.

Sistem de stocare a energiei solare și de eliberare a căldurii

Este un motiv important faptul că peretele are funcții de conservare a căldurii, stocare a căldurii și susținere a încărcării, ceea ce duce la costuri ridicate de construcție și o rată scăzută de utilizare a terenului pentru serele solare. Prin urmare, simplificarea și asamblarea serelor solare sunt cu siguranță o direcție importantă de dezvoltare în viitor. Printre acestea, simplificarea funcției peretelui constă în eliberarea funcției de stocare și eliberare a căldurii, astfel încât peretele din spate să aibă doar funcția de conservare a căldurii, ceea ce reprezintă o modalitate eficientă de a simplifica dezvoltarea. De exemplu, sistemul activ de stocare și eliberare a căldurii al Fang Hui (Figura 2) este utilizat pe scară largă în zone necultivate, cum ar fi Gansu, Ningxia și Xinjiang. Dispozitivul său de colectare a căldurii este suspendat pe peretele nordic. În timpul zilei, căldura colectată de dispozitivul de colectare a căldurii este stocată în corpul de stocare a căldurii prin circulația mediului de stocare a căldurii, iar noaptea, căldura este eliberată și încălzită prin circulația mediului de stocare a căldurii, realizând astfel transferul de căldură în timp și spațiu. Experimentele arată că temperatura minimă din seră poate fi crescută cu 3~5℃ prin utilizarea acestui dispozitiv. Wang Zhiwei etc. a propus un sistem de încălzire cu perdea de apă pentru sera solară din zona deșertică din sudul Xinjiangului, care poate crește temperatura serei cu 2,1 ℃ pe timp de noapte.

În plus, Bao Encai etc. a proiectat un sistem activ de circulație a stocării căldurii pentru peretele nordic. În timpul zilei, prin circulația ventilatoarelor axiale, aerul cald din interior curge prin conducta de transfer de căldură încorporată în peretele nordic, iar conducta de transfer de căldură schimbă căldură cu stratul de stocare a căldurii din interiorul peretelui, ceea ce îmbunătățește semnificativ capacitatea de stocare a căldurii a peretelui. În plus, sistemul de stocare a căldurii cu schimbare de fază solară proiectat de Yan Yantao etc. stochează căldura în materialele cu schimbare de fază prin intermediul colectoarelor solare în timpul zilei și apoi disipează căldura în aerul interior prin circulația aerului pe timp de noapte, ceea ce poate crește temperatura medie cu 2,0 ℃ pe timp de noapte. Tehnologiile și echipamentele de utilizare a energiei solare menționate mai sus au caracteristici de economie, economie de energie și emisii reduse de carbon. După optimizare și îmbunătățire, acestea ar trebui să aibă perspective bune de aplicare în zonele cu resurse abundente de energie solară din nord-vestul Chinei.

Alte tehnologii de încălzire auxiliară

01 încălzire cu energie din biomasă

Așternutul, paiele, bălegarul de vacă, bălegarul de oaie și bălegarul de păsări de curte sunt amestecate cu bacterii biologice și îngropate în solul din seră. În timpul procesului de fermentare se generează multă căldură și se generează o mulțime de tulpini benefice, materie organică și CO2. Tulpinile benefice pot inhiba și ucide o varietate de germeni și pot reduce apariția bolilor și dăunătorilor cu efect de seră; Materia organică poate deveni îngrășământ pentru culturi; CO2-ul produs poate îmbunătăți fotosinteza culturilor. De exemplu, Wei Wenxiang a îngropat îngrășăminte organice fierbinți, cum ar fi gunoi de grajd de cal, gunoi de grajd de vacă și gunoi de grajd de oaie, în solul interior al serei solare din Platoul Qinghai, ceea ce a crescut eficient temperatura solului. În sera solară din zona deșertică Gansu, Zhou Zhilong a folosit paie și îngrășăminte organice pentru a fermenta între culturi. Testul a arătat că temperatura serei poate fi crescută cu 2~3 ℃.

02 încălzire pe cărbune

Există sobe artificiale, încălzitoare de apă economice și sisteme de încălzire. De exemplu, după investigații efectuate în Platoul Qinghai, Wei Wenxiang a descoperit că încălzirea artificială prin cuptor era utilizată în principal la nivel local. Această metodă de încălzire are avantajele unei încălziri mai rapide și a unui efect evident de încălzire. Cu toate acestea, în procesul de ardere a cărbunelui se produc gaze nocive precum SO2, CO și H2S, așa că este necesar să se facă o bună treabă de eliminare a gazelor nocive.

03 încălzire electrică

Folosiți fir de încălzire electric pentru a încălzi acoperișul frontal al serei sau folosiți un încălzitor electric. Efectul de încălzire este remarcabil, utilizarea este sigură, nu se generează poluanți în seră, iar echipamentul de încălzire este ușor de controlat. Chen Weiqian și alții consideră că problema daunelor provocate de îngheț în timpul iernii în zona Jiuquan împiedică dezvoltarea agriculturii locale Gobi, iar elementele de încălzire electrice pot fi utilizate pentru încălzirea serei. Cu toate acestea, datorită utilizării resurselor de energie electrică de înaltă calitate, consumul de energie este mare, iar costul este ridicat. Se sugerează ca acesta să fie utilizat ca mijloc temporar de încălzire de urgență în condiții meteorologice extrem de reci.

Măsuri de management al mediului

În procesul de producție și utilizare a serelor, echipamentul complet și funcționarea normală nu pot garanta în mod eficient că mediul termic al acestora îndeplinește cerințele de proiectare. De fapt, utilizarea și gestionarea echipamentelor joacă adesea un rol cheie în formarea și menținerea mediului termic, cel mai important fiind gestionarea zilnică a păturii de izolație termică și a ventilației.

Gestionarea cuverturii termoizolante

Plapuma termoizolantă este cheia izolației termice nocturne a acoperișului frontal, așa că este extrem de important să se perfecționeze gestionarea și întreținerea zilnică a acesteia, acordând atenție în special următoarelor probleme:①Alegeți timpul adecvat de deschidere și închidere a plapumei termoizolante. Timpul de deschidere și închidere a plapumei termoizolante nu afectează doar timpul de iluminare a serei, ci și procesul de încălzire din seră. Deschiderea și închiderea prea devreme sau prea târziu a plapumei termoizolante nu favorizează acumularea de căldură. Dimineața, dacă plapuma este descoperită prea devreme, temperatura interioară va scădea prea mult din cauza temperaturii exterioare scăzute și a luminii slabe. Dimpotrivă, dacă timpul de descoperire a plapumei este prea târziu, timpul de recepție a luminii în seră va fi scurtat, iar timpul de creștere a temperaturii interioare va fi întârziat. După-amiaza, dacă plapuma termoizolantă este oprită prea devreme, timpul de expunere interioară va fi scurtat, iar stocarea căldurii de către sol și pereți interiori va fi redusă. Dimpotrivă, dacă conservarea căldurii este oprită prea târziu, disiparea căldurii în seră va fi crescută din cauza temperaturii exterioare scăzute și a luminii slabe. Prin urmare, în general, atunci când pilota termoizolatoare este pornită dimineața, este recomandabil ca temperatura să crească după o scădere de 1~2 ℃, în timp ce atunci când pilota termoizolatoare este oprită, este recomandabil ca temperatura să crească după o scădere de 1~2 ℃. ② La închiderea pilotei termoizolatoare, acordați atenție dacă aceasta acoperă strâns toate acoperișurile frontale și ajustați-le la timp dacă există un spațiu liber. ③ După ce pilota termoizolatoare este complet așezată, verificați dacă partea inferioară a fost compactată, pentru a preveni ridicarea efectului de conservare a căldurii de către vânt noaptea. ④ Verificați și întrețineți pilota termoizolatoare la timp, în special atunci când este deteriorată, reparați-o sau înlocuiți-o la timp. ⑤ Acordați atenție condițiilor meteorologice la timp. Când plouă sau ninge, acoperiți pilota termoizolatoare la timp și îndepărtați zăpada la timp.

Gestionarea orificiilor de ventilație

Scopul ventilației în timpul iernii este de a regla temperatura aerului pentru a evita temperaturile excesive din jurul prânzului; al doilea este de a elimina umiditatea interioară, de a reduce umiditatea aerului din seră și de a controla dăunătorii și bolile; al treilea este de a crește concentrația de CO2 din interior și de a promova creșterea culturilor. Cu toate acestea, ventilația și conservarea căldurii sunt contradictorii. Dacă ventilația nu este gestionată corespunzător, aceasta va duce probabil la probleme de temperatură scăzută. Prin urmare, momentul și durata deschiderii orificiilor de ventilație trebuie ajustate dinamic în funcție de condițiile de mediu ale serei în orice moment. În zonele necultivate din nord-vest, gestionarea orificiilor de ventilație din seră este împărțită în principal în două moduri: operare manuală și ventilație mecanică simplă. Cu toate acestea, timpul de deschidere și timpul de ventilație al orificiilor de ventilație se bazează în principal pe judecata subiectivă a oamenilor, astfel încât se poate întâmpla ca orificiile de ventilație să fie deschise prea devreme sau prea târziu. Pentru a rezolva problemele de mai sus, Yin Yilei etc. a proiectat un dispozitiv inteligent de ventilație pentru acoperiș, care poate determina timpul de deschidere și dimensiunea de deschidere și închidere a orificiilor de ventilație în funcție de schimbările mediului interior. Odată cu aprofundarea cercetărilor privind legea schimbărilor de mediu și cererea culturilor, precum și cu popularizarea și progresul tehnologiilor și echipamentelor precum percepția mediului, colectarea, analiza și controlul informațiilor, automatizarea managementului ventilației în serele solare ar trebui să fie o direcție importantă de dezvoltare în viitor.

Alte măsuri de gestionare

În procesul de utilizare a diferitelor tipuri de folii shed, capacitatea lor de transmisie a luminii va slăbi treptat, iar viteza de slăbire nu este legată doar de proprietățile lor fizice, ci și de mediul înconjurător și de gestionarea în timpul utilizării. În procesul de utilizare, cel mai important factor care duce la scăderea performanței de transmisie a luminii este poluarea suprafeței foliei. Prin urmare, este extrem de important să se efectueze curățarea regulată atunci când condițiile permit. În plus, structura de închidere a serei trebuie verificată periodic. Atunci când există o scurgere în perete și în acoperișul frontal, aceasta trebuie reparată la timp pentru a evita ca sera să fie afectată de infiltrarea aerului rece.

Probleme existente și direcția de dezvoltare

Cercetătorii au explorat și studiat timp de mulți ani tehnologia de conservare și stocare a căldurii, tehnologia de gestionare și metodele de încălzire a serelor din zonele necultivate din nord-vest, realizând practic producția de legume peste iarnă, îmbunătățind considerabil capacitatea serelor de a rezista la daunele provocate de temperaturi scăzute și realizând practic producția de legume peste iarnă. Aceasta a adus o contribuție istorică la atenuarea contradicției dintre alimente și legume care concurează pentru terenuri în China. Cu toate acestea, există încă următoarele probleme în tehnologia de garantare a temperaturii în nord-vestul Chinei.

Tipuri de sere care trebuie modernizate

În prezent, tipurile de sere sunt încă cele comune construite la sfârșitul secolului al XX-lea și începutul acestui secol, cu o structură simplă, un design nerezonabil, o capacitate slabă de a menține mediul termic al serei și de a rezista la dezastre naturale și o lipsă de standardizare. Prin urmare, în viitorul proiect al serelor, forma și înclinarea acoperișului frontal, unghiul de azimut al serei, înălțimea peretelui din spate, adâncimea de scufundare a serei etc. ar trebui standardizate prin combinarea completă a latitudinii geografice locale și a caracteristicilor climatice. În același timp, într-o seră se poate planta o singură cultură, pe cât posibil, astfel încât o potrivire standardizată a serelor să poată fi efectuată în funcție de cerințele de lumină și temperatură ale culturilor plantate.

Scara de seră este relativ mică.

Dacă scara serelor este prea mică, aceasta va afecta stabilitatea mediului termic al serelor și dezvoltarea mecanizării. Odată cu creșterea treptată a costurilor forței de muncă, dezvoltarea mecanizării este o direcție importantă în viitor. Prin urmare, în viitor, ar trebui să ne bazăm pe nivelul de dezvoltare local, să luăm în considerare nevoile dezvoltării mecanizării, să proiectăm rațional spațiul interior și amenajarea serelor, să accelerăm cercetarea și dezvoltarea echipamentelor agricole adecvate zonelor locale și să îmbunătățim rata de mecanizare a producției de seră. În același timp, în funcție de nevoile culturilor și de modelele de cultivare, echipamentele relevante ar trebui să fie adaptate la standarde, iar cercetarea și dezvoltarea integrate, inovarea și popularizarea echipamentelor de ventilație, reducere a umidității, conservare a căldurii și încălzire ar trebui promovate.

Grosimea pereților, cum ar fi nisipul și blocurile goale, este încă groasă.

Dacă peretele este prea gros, deși efectul de izolație este bun, va reduce rata de utilizare a solului, va crește costul și va îngreuna construcția. Prin urmare, în dezvoltarea viitoare, pe de o parte, grosimea peretelui poate fi optimizată științific în funcție de condițiile climatice locale; Pe de altă parte, ar trebui să promovăm o dezvoltare ușoară și simplificată a peretelui din spate, astfel încât peretele din spate al serei să păstreze doar funcția de conservare a căldurii, utilizând colectoare solare și alte echipamente pentru a înlocui stocarea și eliberarea căldurii de către perete. Colectoarele solare au caracteristici precum eficiență ridicată de colectare a căldurii, capacitate puternică de colectare a căldurii, economie de energie, emisii reduse de carbon și așa mai departe, iar majoritatea pot realiza o reglare și un control activ și pot efectua încălzire exotermă direcționată în funcție de cerințele de mediu ale serei pe timp de noapte, cu o eficiență mai mare de utilizare a căldurii.

Trebuie dezvoltată o pilotă specială pentru izolare termică.

Acoperișul frontal este principalul element de disipare a căldurii în seră, iar performanța de izolare termică a pilotei termoizolante afectează direct mediul termic interior. În prezent, temperatura mediului din seră în unele zone nu este bună, parțial din cauza faptului că pilota termoizolantă este prea subțire, iar performanța de izolare termică a materialelor este insuficientă. În același timp, pilota termoizolantă încă prezintă unele probleme, cum ar fi impermeabilitatea și rezistența slabă la uzură, îmbătrânirea ușoară a materialelor de suprafață și de bază etc. Prin urmare, în viitor, materialele termoizolante adecvate ar trebui selectate științific în funcție de caracteristicile și cerințele climatice locale și ar trebui proiectate și dezvoltate produse speciale de pilote termoizolante, potrivite pentru utilizare locală și popularizare.

Sfârşit

Informații citate

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi etc. Stadiul cercetărilor privind tehnologia de garantare a temperaturii mediului înconjurător pentru serele solare în terenurile necultivate din nord-vest [J]. Tehnologia Ingineriei Agricole, 2022,42(28):12-20.