Ли Џијанминг, Сун Гутао итн.Технологија за земјоделско инженерство во стакленички хортикултурни објекти2022-11-21 17:42 Објавено во Пекинг

Во последниве години, индустријата за стаклени градини енергично развиена. Развојот на стакленици не само што ја подобрува стапката на искористеност на земјиштето и стапката на производство на земјоделски производи, туку го решава и проблемот со снабдувањето со овошје и зеленчук вон сезона. Сепак, стаклена градина се соочи и со невидени предизвици. Оригиналните објекти, методите за греење и структурните форми создадоа отпорност кон животната средина и развојот. Итно се потребни нови материјали и нови дизајни за да се промени структурата на стаклена градина, а итно се потребни нови извори на енергија за да се постигнат целите на заштеда на енергија и заштита на животната средина, како и да се зголеми производството и приходите.

Оваа статија ја разгледува темата „нова енергија, нови материјали, нов дизајн за да се помогне во новата револуција на стаклена градина“, вклучувајќи го истражувањето и иновациите во сончевата енергија, енергијата од биомаса, геотермалната енергија и други нови извори на енергија во стаклена градина, истражувањето и примената на нови материјали за обложување, топлинска изолација, ѕидови и друга опрема, како и идните перспективи и размислувања за нова енергија, нови материјали и нов дизајн за да се помогне во реформата на стаклена градина, со цел да се обезбеди референца за индустријата.

Развојот на земјоделството во објекти е политички услов и неизбежен избор за спроведување на духот на важните упатства и донесувањето одлуки на централната влада. Во 2020 година, вкупната површина на заштитено земјоделство во Кина ќе биде 2,8 милиони hm2, а вредноста на производството ќе надмине 1 трилион јуани. Тоа е важен начин за подобрување на производствениот капацитет на оранжериите за подобрување на осветлувањето и перформансите на топлинска изолација на оранжериите преку нова енергија, нови материјали и нов дизајн на оранжерии. Постојат многу недостатоци во традиционалното производство на оранжерии, како што се јагленот, мазутот и другите извори на енергија што се користат за греење и греење во традиционалните оранжерии, што резултира со голема количина диоксиден гас, што сериозно ја загадува животната средина, додека природниот гас, електричната енергија и другите извори на енергија ги зголемуваат оперативните трошоци на оранжериите. Традиционалните материјали за складирање на топлина за ѕидовите на оранжериите се претежно глина и тули, кои трошат многу и предизвикуваат сериозна штета на земјишните ресурси. Ефикасноста на користењето на земјиштето на традиционалните соларни оранжерии со земјен ѕид е само 40% ~ 50%, а обичните оранжерии имаат слаб капацитет за складирање на топлина, па затоа не можат да ја преживеат зимата за да произведуваат топол зеленчук во северна Кина. Затоа, јадрото на промовирањето на промените во стаклена градина, или основното истражување, лежи во дизајнот на оранжерии, истражувањето и развојот на нови материјали и нова енергија. Оваа статија ќе се фокусира на истражувањето и иновациите на нови извори на енергија во оранжериите, ќе го сумира истражувачкиот статус на новите извори на енергија како што се сончевата енергија, енергијата од биомаса, геотермалната енергија, енергијата на ветерот и новите транспарентни материјали за покривање, материјалите за топлинска изолација и материјалите за ѕидови во оранжериите, ќе ја анализира примената на новата енергија и новите материјали во изградбата на нови оранжерии и ќе ја разгледа нивната улога во идниот развој и трансформација на оранжериите.

Истражување и иновации на нова енергетска стаклена градина

Новата зелена енергија со најголем потенцијал за искористување во земјоделството вклучува сончева енергија, геотермална енергија и енергија од биомаса, или сеопфатно искористување на различни нови извори на енергија, со цел да се постигне ефикасно користење на енергијата преку учење од силните страни на другите.

сончева енергија/енергија

Технологијата за сончева енергија е нискојаглероден, ефикасен и одржлив начин на снабдување со енергија и е важна компонента на стратешките индустрии во развој на Кина. Таа ќе стане неизбежен избор за трансформација и надградба на енергетската структура на Кина во иднина. Од гледна точка на искористување на енергијата, самата стаклена градина е објект за искористување на сончевата енергија. Преку ефектот на стаклена градина, сончевата енергија се собира во затворен простор, се зголемува температурата на стаклена градина и се обезбедува потребната топлина за раст на културите. Главниот извор на енергија за фотосинтеза на стакленичките растенија е директната сончева светлина, што е директно искористување на сончевата енергија.

01 Фотоволтаична генерација на енергија за производство на топлина

Производството на фотоволтаична енергија е технологија која директно ја претвора светлосната енергија во електрична енергија врз основа на фотоволтаичен ефект. Клучниот елемент на оваа технологија се сончевите ќелии. Кога сончевата енергија паѓа врз низата сончеви панели сериски или паралелно, полупроводничките компоненти директно ја претвораат енергијата на сончевото зрачење во електрична енергија. Фотоволтаичната технологија може директно да ја претвори светлосната енергија во електрична енергија, да складира електрична енергија преку батерии и да ја загрева стаклена градина ноќе, но нејзината висока цена го ограничува нејзиниот понатамошен развој. Истражувачката група разви фотоволтаичен уред за греење од графен, кој се состои од флексибилни фотоволтаични панели, машина за обратна контрола „сè во едно“, батерија за складирање и графенска прачка за греење. Според должината на линијата за садење, графенската прачка за греење е закопана под вреќата на подлогата. Во текот на денот, фотоволтаичните панели апсорбираат сончево зрачење за да генерираат електрична енергија и да ја складираат во батеријата за складирање, а потоа електричната енергија се ослободува ноќе за графенската прачка за греење. При самото мерење, се прифаќа режимот за контрола на температурата почнувајќи од 17℃ и завршувајќи на 19℃. Работи ноќе (20:00-08:00 часот вториот ден) 8 часа, потрошувачката на енергија за загревање на еден ред растенија е 1,24 kW·h, а просечната температура на подлогата во текот на ноќта е 19,2℃, што е за 3,5 ~ 5,3℃ повисока од онаа на контролната. Овој метод на греење во комбинација со фотоволтаично производство на енергија ги решава проблемите со висока потрошувачка на енергија и високо загадување при загревање на стакленици во зима.

02 фототермална конверзија и користење

Соларната фототермална конверзија се однесува на употребата на специјална површина за собирање на сончева светлина, изработена од материјали за фототермална конверзија, за да се собере и апсорбира што е можно повеќе сончева енергија зрачена врз неа и да се претвори во топлинска енергија. Во споредба со соларните фотоволтаични апликации, соларните фототермални апликации ја зголемуваат апсорпцијата на близу-инфрацрвениот опсег, така што имаат поголема ефикасност на искористување на енергијата од сончевата светлина, пониска цена и зрела технологија, и се најшироко користениот начин за искористување на сончевата енергија.

Најразвиената технологија за фототермална конверзија и користење во Кина е сончевиот колектор, чија основна компонента е јадро од плоча што апсорбира топлина со селективен апсорпционен слој, кое може да ја претвори енергијата на сончевото зрачење што минува низ покривната плоча во топлинска енергија и да ја пренесе до работниот медиум што апсорбира топлина. Сончевите колектори можат да се поделат во две категории според тоа дали има вакуумски простор во колекторот или не: рамни сончеви колектори и сончеви колектори со вакуумски цевки; концентрирачки сончеви колектори и неконцентрирачки сончеви колектори според тоа дали сончевото зрачење на отворот за дневна светлина ја менува насоката; и течни сончеви колектори и воздушни сончеви колектори според видот на работниот медиум за пренос на топлина.

Искористувањето на сончевата енергија во стаклена градина главно се врши преку различни видови сончеви колектори. Универзитетот Ибн Зор во Мароко разви активен систем за греење на сончева енергија (ASHS) за затоплување на стакленички објекти, кој може да го зголеми вкупното производство на домати за 55% во зима. Кинескиот земјоделски универзитет дизајнираше и разви сет на површински систем за собирање и празнење со вентилатор и ладилник, со капацитет за собирање топлина од 390,6~693,0 MJ, и ја предложи идејата за одвојување на процесот на собирање топлина од процесот на складирање на топлина со топлинска пумпа. Универзитетот во Бари во Италија разви полигенерациски систем за греење во стаклена градина, кој се состои од систем на сончева енергија и топлинска пумпа воздух-вода, и може да ја зголеми температурата на воздухот за 3,6% и температурата на почвата за 92%. Истражувачката група разви еден вид опрема за активно собирање сончева топлина со променлив агол на наклон за сончева стаклена градина и потпорен уред за складирање на топлина за водно тело на стаклена градина во зависност од временските услови. Технологијата за активно собирање сончева топлина со променлив наклон ги пробива ограничувањата на традиционалната опрема за собирање топлина во стакленички објекти, како што се ограничениот капацитет за собирање топлина, засенчувањето и зафаќањето на обработливо земјиште. Со користење на специјалната структура на стаклена градина на сончевата стаклена градина, просторот на стаклена градина без садење е целосно искористен, што значително ја подобрува ефикасноста на искористување на просторот на стаклена градина. Под типични сончеви услови на работа, активниот систем за собирање сончева топлина со променлив наклон достигнува 1,9 MJ/(m2h), ефикасноста на искористување на енергијата достигнува 85,1%, а стапката на заштеда на енергија е 77%. Во технологијата за складирање на топлина во стаклена градина, се поставува структурата за складирање на топлина со повеќефазни промени, се зголемува капацитетот за складирање на топлина на уредот за складирање на топлина и се остварува бавно ослободување на топлина од уредот, со цел да се реализира ефикасно користење на топлината собрана од опремата за собирање сончева топлина на стаклена градина.

енергија од биомаса

Нова структура на објектот е изградена со комбинирање на уредот за производство на топлина од биомаса со стаклена градина, а суровините од биомаса како што се свинско ѓубриво, остатоци од печурки и слама се компостираат за да се произведе топлина, а генерираната топлинска енергија се доставува директно до стаклена градина [5]. Во споредба со стаклена градина без резервоар за греење на ферментација на биомаса, стаклена градина за греење може ефикасно да ја зголеми температурата на земјата во стаклена градина и да ја одржи соодветната температура на корените на културите одгледувани во почвата во нормална клима во зима. Земајќи како пример еднослојна асиметрична термоизолациона стаклена градина со распон од 17 метри и должина од 30 метри, додавањето 8 метри земјоделски отпад (измешана слама од домати и свинско ѓубриво) во внатрешниот резервоар за ферментација за природна ферментација без превртување на купот може да ја зголеми просечната дневна температура на стаклена градина за 4,2℃ во зима, а просечната дневна минимална температура може да достигне 4,6℃.

Искористување на енергијата при контролирана ферментација на биомаса е метод на ферментација кој користи инструменти и опрема за контрола на процесот на ферментација со цел брзо да се добие и ефикасно да се искористи топлинската енергија на биомасата и CO2 гасното ѓубриво, меѓу кои вентилацијата и влагата се клучни фактори за регулирање на производството на топлина и гас од ферментацијата на биомасата. Под вентилирани услови, аеробните микроорганизми во ферментацискиот куп користат кислород за животни активности, а дел од генерираната енергија се користи за сопствени животни активности, а дел од енергијата се ослободува во околината како топлинска енергија, што е корисно за зголемување на температурата на околината. Водата учествува во целиот процес на ферментација, обезбедувајќи ги потребните растворливи хранливи материи за микробните активности, а во исто време ослободувајќи ја топлината од купот во форма на пареа преку вода, со што се намалува температурата на купот, се продолжува животниот век на микроорганизмите и се зголемува температурата на купот. Инсталирањето уред за исцедување на слама во резервоарот за ферментација може да ја зголеми внатрешната температура за 3 ~ 5℃ во зима, да ја зајакне фотосинтезата на растенијата и да го зголеми приносот на домати за 29,6%.

Геотермална енергија

Кина е богата со геотермални ресурси. Во моментов, најчестиот начин земјоделските капацитети да ја користат геотермалната енергија е со користење на топлинска пумпа од земја, која може да трансформира од нискоквалитетна топлинска енергија во висококвалитетна топлинска енергија со внесување на мала количина на висококвалитетна енергија (како што е електричната енергија). За разлика од традиционалните мерки за греење на стакленици, греењето со топлинска пумпа од земја не само што може да постигне значаен ефект на греење, туку има и способност да ја лади стаклена градина и да ја намали влажноста во стаклена градина. Истражувањето на примената на топлинската пумпа од земја во областа на станбената изградба е зрело. Основниот дел што влијае на капацитетот за греење и ладење на топлинската пумпа од земја е модулот за подземна размена на топлина, кој главно вклучува закопани цевки, подземни бунари итн. Како да се дизајнира подземен систем за размена на топлина со избалансиран трошок и ефект отсекогаш бил фокус на истражувањето на овој дел. Во исто време, промената на температурата на подземниот слој на почвата при примена на топлинска пумпа од земја, исто така, влијае на ефектот на користење на системот за топлинска пумпа. Користењето на топлинска пумпа од земја за ладење на стаклена градина во лето и складирање на топлинската енергија во длабокиот слој на почвата може да го ублажи падот на температурата во подземниот слој на почвата и да ја подобри ефикасноста на производството на топлина на топлинската пумпа од земја во зима.

Во моментов, во истражувањето на перформансите и ефикасноста на топлинските пумпи од земја, преку реалните експериментални податоци, воспоставен е нумерички модел со софтвер како што се TOUGH2 и TRNSYS, и се заклучува дека перформансите на греење и коефициентот на перформанси (COP) на топлинските пумпи од земја можат да достигнат 3,0 ~ 4,5, што има добар ефект на ладење и греење. Во истражувањето на стратегијата за работа на системот за топлински пумпи, Фу Јунжун и други откриле дека во споредба со протокот од страната на оптоварување, протокот од страната на изворот на земја има поголемо влијание врз перформансите на единицата и перформансите на пренос на топлина на закопаната цевка. Под услов на поставување на протокот, максималната вредност на COP на единицата може да достигне 4,17 со усвојување на шемата на работа од 2 часа и запирање од 2 часа; Ши Хуиксиан и други усвоија режим на повремена работа на системот за ладење со складирање вода. Во лето, кога температурата е висока, COP на целиот систем за снабдување со енергија може да достигне 3,80.

Технологија за складирање на топлина во длабока почва во стаклена градина

Складирањето топлина во длабока почва во стаклена градина се нарекува и „банка за складирање топлина“ во стаклена градина. Штетата од студ во зима и високата температура во лето се главните пречки за производство во стаклена градина. Врз основа на силниот капацитет за складирање топлина на длабоката почва, истражувачката група дизајнираше уред за складирање топлина под земја во стаклена градина. Уредот е двослоен паралелен цевковод за пренос на топлина закопан на длабочина од 1,5-2,5 метри под земја во стаклена градина, со влез за воздух на врвот од стаклена градина и излез за воздух на земјата. Кога температурата во стаклена градина е висока, воздухот во затворен простор се пумпа во земјата со вентилатор за да се постигне складирање на топлина и намалување на температурата. Кога температурата на стаклена градина е ниска, топлината се извлекува од почвата за да се загрее стаклена градина. Резултатите од производството и примената покажуваат дека уредот може да ја зголеми температурата на стаклена градина за 2,3℃ во зимска ноќ, да ја намали внатрешната температура за 2,6℃ во летен ден и да го зголеми приносот на домати за 1500 кг на 667 м²Уредот целосно ги користи карактеристиките на „топло во зима и ладно во лето“ и „константна температура“ на длабоката подземна почва, обезбедува „банка за пристап до енергија“ за стаклена градина и континуирано ги завршува помошните функции на ладење и греење на стаклена градина.

Координација на повеќе енергии

Користењето на два или повеќе видови енергија за загревање на стаклена градина може ефикасно да ги надомести недостатоците на еден вид енергија и да го активира ефектот на суперпозиција „еден плус еден е поголемо од два“. Комплементарната соработка помеѓу геотермалната енергија и сончевата енергија е истражувачка жариште за ново искористување на енергијата во земјоделското производство во последниве години. Еми и др. проучувале систем за енергија со повеќе извори (Слика 1), кој е опремен со фотоволтаичен-термален хибриден сончев колектор. Во споредба со вообичаениот систем за топлинска пумпа воздух-вода, енергетската ефикасност на системот за енергија со повеќе извори е подобрена за 16%~25%. Женг и др. развиле нов тип на поврзан систем за складирање на топлина од сончева енергија и топлинска пумпа од земја. Системот на сончеви колектори може да постигне висококвалитетно сезонско складирање на греење, односно висококвалитетно греење во зима и висококвалитетно ладење во лето. Закопаниот цевчест разменувач на топлина и резервоарот за складирање на повремена топлина можат добро да работат во системот, а вредноста на COP на системот може да достигне 6,96.

Во комбинација со сончева енергија, целта е да се намали потрошувачката на комерцијална енергија и да се зголеми стабилноста на снабдувањето со сончева енергија во стаклена градина. Ван Ја и други предложија нова шема за интелигентна контролна технологија за комбинирање на производството на сончева енергија со комерцијална енергија за греење на стакленици, која може да користи фотоволтаична енергија кога има светлина и да ја претвори во комерцијална енергија кога нема светлина, значително намалувајќи ја стапката на недостиг на енергија на оптоварувањето и намалувајќи ги економските трошоци без употреба на батерии.

Сончевата енергија, енергијата од биомаса и електричната енергија можат заеднички да загреваат стакленици, со што може да се постигне и висока ефикасност на греење. Џанг Лиангруи и други комбинираа соларно собирање топлина со вакуумски цевки со резервоар за вода за складирање на електрична енергија во долината. Системот за греење на стаклена градина има добра термичка удобност, а просечната ефикасност на греењето на системот е 68,70%. Електричниот резервоар за вода за складирање топлина е уред за складирање на вода за греење на биомаса со електрично греење. Се поставува најниската температура на влезот на водата на грејниот крај, а стратегијата на работа на системот се одредува според температурата на складирање на водата на делот за собирање сончева топлина и делот за складирање на топлина на биомаса, со цел да се постигне стабилна температура на греење на грејниот крај и да се заштеди електрична енергија и енергетски материјали од биомаса во максимална мера.

Иновативно истражување и примена на нови материјали за стаклена градина

Со проширувањето на површината на оранжериите, се повеќе се откриваат недостатоците на примената на традиционалните материјали за оранжерии, како што се тулите и почвата. Затоа, со цел понатамошно подобрување на термичките перформанси на оранжериите и задоволување на потребите за развој на модерните оранжерии, се вршат многу истражувања и апликации на нови транспарентни материјали за покривање, материјали за топлинска изолација и материјали за ѕидови.

Истражување и примена на нови транспарентни материјали за покривање

Видовите транспарентни материјали за покривање за оранжерии главно вклучуваат пластична фолија, стакло, соларни панели и фотоволтаични панели, меѓу кои пластичната фолија има најголема област на примена. Традиционалната PE фолија за оранжерии има недостатоци како што се краток век на траење, неразградливост и еднофункција. Во моментов, развиени се различни нови функционални филмови со додавање на функционални реагенси или премази.

Филм за конверзија на светлина:Филмот за конверзија на светлина ги менува оптичките својства на филмот со користење на агенси за конверзија на светлина како што се ретки земјини елементи и наноматеријали, и може да го претвори ултравиолетовиот светлосен регион во црвено-портокалова светлина и сино-виолетова светлина потребна за фотосинтезата на растенијата, со што се зголемува приносот на земјоделските култури и се намалува штетата од ултравиолетовата светлина врз земјоделските култури и стакленички филмови во пластични стакленици. На пример, широкопојасниот виолетово-црвен филм за стаклена градина со агенс за конверзија на светлина VTR-660 може значително да ја подобри инфрацрвената трансмисија кога се применува во стаклена градина, а во споредба со контролната стаклена градина, приносот на домати по хектар, содржината на витамин Ц и ликопен се значително зголемени за 25,71%, 11,11% и 33,04% соодветно. Сепак, во моментов, работниот век, разградливоста и цената на новиот филм за конверзија на светлина сè уште треба да се изучуваат.

Расфрлано стаклоРасфрланото стакло во стаклена градина е специјален модел и технологија против рефлексија на површината на стаклото, која може да ја максимизира сончевата светлина во расфрлана светлина и да влезе во стаклена градина, да ја подобри ефикасноста на фотосинтезата на културите и да го зголеми приносот на културите. Расфрланото стакло ја претвора светлината што влегува во стаклена градина во расфрлана светлина преку специјални модели, а расфрланата светлина може да биде порамномерно озрачена во стаклена градина, елиминирајќи го влијанието на сенката на скелетот врз стаклена градина. Во споредба со обичното флотачко стакло и ултра-белото флотачко стакло, стандардот на пропустливост на светлината на расфрланото стакло е 91,5%, а оној на обичното флотачко стакло е 88%. За секое зголемување од 1% на пропустливоста на светлината во стаклена градина, приносот може да се зголеми за околу 3%, а растворливиот шеќер и витаминот Ц во овошјето и зеленчукот се зголемени. Расфрланото стакло во стаклена градина прво се премачкува, а потоа се калува, а стапката на самоексплозија е повисока од националниот стандард, достигнувајќи 2‰.

Истражување и примена на нови материјали за топлинска изолација

Традиционалните материјали за топлинска изолација во стаклениците главно вклучуваат сламена простирка, хартиена прекривка, прекривка од иглан филц итн., кои главно се користат за внатрешна и надворешна топлинска изолација на покриви, изолација на ѕидови и топлинска изолација на некои уреди за складирање и собирање на топлина. Повеќето од нив имаат недостаток на губење на перформансите на топлинска изолација поради внатрешната влага по долготрајна употреба. Затоа, постојат многу примени на нови материјали за висока топлинска изолација, меѓу кои во фокусот на истражувањето се новата топлинска изолација, уредите за складирање и собирање на топлина.

Новите материјали за топлинска изолација обично се прават со преработка и мешање на површински водоотпорни и отпорни на стареење материјали, како што се ткаен филм и обложен филц, со меки материјали за топлинска изолација како што се памук обложен со прскање, разновиден кашмир и бисерен памук. Прекривка за топлинска изолација од памук обложена со прскање со ткаен филм беше тестирана во североисточна Кина. Беше откриено дека додавањето на 500 g памук обложен со прскање е еквивалентно на перформансите на топлинска изолација на прекривка за топлинска изолација од 4500 g црн филц на пазарот. Под истите услови, перформансите на топлинска изолација на 700 g памук обложен со прскање беа подобрени за 1~2℃ во споредба со онаа на 500 g памучен термоизолациски прекривка обложена со прскање. Во исто време, други студии покажаа дека во споредба со најчесто користените прекривки за топлинска изолација на пазарот, ефектот на топлинска изолација на памучниот прекривен со прскање и разните прекривки за топлинска изолација од кашмир е подобар, со стапки на топлинска изолација од 84,0% и 83,3% соодветно. Кога најниската надворешна температура е -24,4℃, внатрешната температура може да достигне 5,4 и 4,2℃, соодветно. Во споредба со јорганот за изолација од едно сламено ќебе, новиот јорган со композитна изолација има предности како што се мала тежина, висока стапка на изолација, силна водоотпорност и отпорност на стареење, и може да се користи како нов вид високоефикасен изолациски материјал за соларни оранжерии.

Во исто време, според истражувањето на материјалите за топлинска изолација за уреди за собирање и складирање на топлина во стакленици, исто така е откриено дека кога дебелината е иста, повеќеслојните композитни материјали за топлинска изолација имаат подобри перформанси на топлинска изолација од единечните материјали. Тимот на професорот Ли Џианминг од Северозападниот универзитет А&Ф дизајнираше и испита 22 вида материјали за топлинска изолација на уреди за складирање вода во стакленици, како што се вакуумска плоча, аерогел и гумена памук, и ги измери нивните термички својства. Резултатите покажаа дека термоизолацискиот слој од 80 mm + аерогел + гумена-пластична термоизолација од памук композитен материјал за изолација може да ја намали дисипацијата на топлина за 0,367 MJ по единица време во споредба со гумена-пластична памук од 80 mm, а неговиот коефициент на пренос на топлина беше 0,283 W/(m2·k) кога дебелината на комбинацијата на изолација беше 100 mm.

Материјалот за фазна промена е една од жариштата во истражувањето на материјалите за стаклена градина. Северозападниот универзитет А&Ф разви два вида уреди за складирање на материјали за фазна промена: едниот е кутија за складирање направена од црн полиетилен, која има големина од 50 см × 30 см × 14 см (должина × висина × дебелина) и е исполнета со материјали за фазна промена, така што може да складира топлина и да ослободува топлина; Второ, развиен е нов тип на табла за фазна промена. Таблата за фазна промена се состои од материјал за фазна промена, алуминиумска плоча, алуминиумско-пластична плоча и алуминиумска легура. Материјалот за фазна промена се наоѓа на најцентралната позиција на таблата, а неговата спецификација е 200 mm × 200 mm × 50 mm. Тоа е прашкаста цврста материја пред и по фазната промена, и нема феномен на топење или течење. Четирите ѕида на материјалот за фазна промена се алуминиумска плоча и алуминиумско-пластична плоча, соодветно. Овој уред може да ги извршува функциите главно на складирање на топлина во текот на денот и главно на ослободување на топлина ноќе.

Затоа, постојат некои проблеми при примената на еден термоизолациски материјал, како што се ниска ефикасност на топлинска изолација, голема загуба на топлина, кратко време на складирање на топлина итн. Затоа, употребата на композитен термоизолациски материјал како термоизолациски слој и слој за покривање на внатрешна и надворешна топлинска изолација на уредот за складирање на топлина може ефикасно да ги подобри перформансите на топлинска изолација на стаклена градина, да ја намали загубата на топлина на стаклена градина и со тоа да се постигне ефектот на заштеда на енергија.

Истражување и примена на нов ѕид

Како еден вид оградна конструкција, ѕидот е важна бариера за заштита од студ и зачувување на топлината во стаклена градина. Според материјалите и конструкциите на ѕидовите, развојот на северниот ѕид на стаклена градина може да се подели на три вида: еднослоен ѕид направен од земја, тули итн., и слоевит северен ѕид направен од глинени тули, блокови тули, полистиренски плочи итн., со внатрешно складирање на топлина и надворешна топлинска изолација, а повеќето од овие ѕидови одземаат многу време и труд; Затоа, во последниве години се појавија многу нови видови ѕидови, кои се лесни за градење и погодни за брзо склопување.

Појавата на нови типови на склопени ѕидови го поттикнува брзиот развој на склопени оранжерии, вклучувајќи нови типови на композитни ѕидови со надворешни водоотпорни и антистареечки површински материјали и материјали како што се филц, бисерен памук, вселенски памук, стаклен памук или рециклиран памук како слоеви на топлинска изолација, како што се флексибилните склопени ѕидови од памук со прскање во Синџијанг. Покрај тоа, други студии, исто така, го објавија северниот ѕид на склопена оранжерија со слој за складирање на топлина, како што е блок од малтер од пченични школки исполнет со тули во Синџијанг. Под истата надворешна средина, кога најниската надворешна температура е -20,8℃, температурата во сончевата оранжерија со композитен ѕид од блок од малтер од пченични школки е 7,5℃, додека температурата во сончевата оранжерија со ѕид од тули и бетон е 3,2℃. Времето на берба на домати во оранжерија од тули може да се забрза за 16 дена, а приносот на една оранжерија може да се зголеми за 18,4%.

Тимот на објектот на Северозападниот универзитет А&Ф ја предложи дизајнерската идеја за претворање на слама, почва, вода, камен и материјали за фазна промена во модули за топлинска изолација и складирање на топлина од агол на светлина и поедноставен дизајн на ѕидови, што го промовираше истражувањето на примената на модуларни склопени ѕидови. На пример, во споредба со обичната стаклена градина со тули, просечната температура во стаклена градина е за 4,0℃ повисока во типичен сончев ден. Три вида неоргански цементни модули за фазна промена, кои се направени од материјал за фазна промена (PCM) и цемент, имаат акумулирано топлина од 74,5, 88,0 и 95,1 MJ/m³, и ослободена топлина од 59,8, 67,8 и 84,2 MJ/m³, соодветно. Тие имаат функции на „врвно намалување“ преку ден, „полнење на долината“ ноќе, апсорбирање на топлина во лето и ослободување на топлина во зима.

Овие нови ѕидови се склопуваат на лице место, со краток период на изградба и долг век на траење, што создава услови за изградба на лесни, поедноставени и брзо склопени префабрикувани оранжерии и може значително да ја поттикне структурната реформа на оранжериите. Сепак, постојат некои недостатоци кај овој вид ѕидови, како што е ѕидот од памучна термоизолациона прекривка со спреј што има одлични перформанси на топлинска изолација, но нема капацитет за складирање на топлина, а градежниот материјал за фазна промена има проблем со високата цена на употреба. Во иднина, треба да се зајакне истражувањето на примената на склопените ѕидови.

Новата енергија, новите материјали и новите дизајни помагаат во промената на структурата на стаклена градина.

Истражувањето и иновациите во областа на новата енергија и новите материјали ја обезбедуваат основата за иновации во дизајнот на стакленици. Енергетски штедливите соларни стакленици и лачните бараки се најголемите бараки во земјоделското производство на Кина и играат важна улога во земјоделското производство. Сепак, со развојот на кинеската социјална економија, недостатоците на двата вида објекти се сè повеќе присутни. Прво, просторот на објектите е мал, а степенот на механизација е низок; Второ, енергетски штедливите соларни стакленици имаат добра топлинска изолација, но користењето на земјиштето е ниско, што е еквивалентно на замена на енергијата на стаклена градина со земјиште. Обичната лачна барака не само што има мал простор, туку има и лоша топлинска изолација. Иако повеќеслојната стаклена градина има голем простор, таа има лоша топлинска изолација и висока потрошувачка на енергија. Затоа, императив е да се истражи и развие структура на стакленици соодветна на моменталното општествено и економско ниво на Кина, а истражувањето и развојот на нова енергија и нови материјали ќе помогнат структурата на стаклена градина да се промени и да се произведат различни иновативни модели или структури на стакленици.

Иновативно истражување за асиметрична стаклена градина за производство на пиво со голем распон, контролирана со вода

Асиметричната стаклена градина за пиво со голем распон, контролирана со вода (патент број: ZL 201220391214.2) е базирана на принципот на сончева стаклена градина, менувајќи ја симетричната структура на обичната пластелинска стаклена градина, зголемувајќи го јужниот распон, зголемувајќи ја осветлената површина на јужниот покрив, намалувајќи го северниот распон и намалувајќи ја површината за дисипација на топлина, со распон од 18~24м и висина на гребенот од 6~7м. Преку иновации во дизајнот, просторната структура е значително зголемена. Во исто време, проблемите со недоволна топлина во стаклена градина во зима и лошата топлинска изолација на вообичаените термоизолациски материјали се решаваат со користење на нова технологија на топлински и термоизолациски материјали за производство на биомаса. Резултатите од производството и истражувањето покажуваат дека асиметричната стаклена градина за пиво со голем распон, контролирана со вода, со просечна температура од 11,7℃ во сончеви денови и 10,8℃ во облачни денови, може да ги задоволи потребите за раст на културите во зима, а трошоците за изградба на стаклена градина се намалени за 39,6%, а стапката на искористеност на земјиштето е зголемена за повеќе од 30% во споредба со стаклена градина од тули од полистирен, што е погодно за понатамошна популаризација и примена во сливот на реката Жолта Хуаихе во Кина.

Монтирана стаклена градина со сончева светлина

Монтираната сончева стаклена градина ги користи столбовите и кровниот скелет како носива конструкција, а нејзиниот материјал за ѕидови е главно термоизолациско куќиште, наместо лежиште и пасивно складирање и ослободување на топлина. Главно: (1) нов тип на склопен ѕид е формиран со комбинирање на различни материјали како што се обложена фолија или обоена челична плоча, блок од слама, флексибилно термоизолациско ќебе, малтерски блок итн. (2) композитна ѕидна плоча направена од префабрикувана цементна плоча-полистиренска плоча-цементна плоча; (3) Лесен и едноставен тип на склопување на термоизолациски материјали со активен систем за складирање и ослободување на топлина и систем за одвлажнување, како што се складирање на топлина од пластична квадратна кофа и складирање на топлина во цевковод. Користењето на различни нови материјали за топлинска изолација и материјали за складирање на топлина наместо традиционални земјени ѕидови за изградба на сончева стаклена градина има голем простор и мали градежни работи. Експерименталните резултати покажуваат дека температурата на стаклена градина ноќе во зима е за 4,5℃ повисока од онаа на традиционалната стаклена градина со тули, а дебелината на задниот ѕид е 166 mm. Во споредба со стаклена градина со ѕид од тули со дебелина од 600 мм, зафатената површина на ѕидот е намалена за 72%, а цената по квадратен метар е 334,5 јуани, што е за 157,2 јуани пониско од онаа на стаклена градина со ѕид од тули, а трошоците за изградба се значително намалени. Затоа, склопената стаклена градина има предности како што се помалку уништување на обработливо земјиште, заштеда на земјиште, брза брзина на изградба и долг век на траење, и е клучна насока за иновации и развој на сончеви стакленици во сегашноста и во иднина.

Лизгачка стаклена градина со сончева светлина

Енергетски штедливата сончева стаклена градина, составена од скејтборд, развиена од Земјоделскиот универзитет Шенјанг, го користи задниот ѕид на сончевата стаклена градина за да формира систем за складирање на топлина со циркулирачки ѕид на вода за складирање на топлина и зголемување на температурата, кој главно е составен од базен (32 м³), плоча за собирање светлина (360 м²), пумпа за вода, цевка за вода и контролер. Флексибилното термоизолационо ќебе е заменето со нов лесен челичен материјал од камена волна во боја на горниот дел. Истражувањето покажува дека овој дизајн ефикасно го решава проблемот со фронтоните што ја блокираат светлината и ја зголемува површината за влез на светлина во стаклена градина. Аголот на осветлување на стаклена градина е 41,5°, што е речиси 16° повисок од оној на контролната стаклена градина, со што се подобрува стапката на осветлување. Распределбата на внатрешната температура е рамномерна, а растенијата растат уредно. Стаклена градина има предности во подобрувањето на ефикасноста на користењето на земјиштето, флексибилното дизајнирање на големината на стаклена градина и скратувањето на периодот на изградба, што е од големо значење за заштитата на обработливото земјиште и животната средина.

Фотоволтаична стаклена градина

Земјоделската стаклена градина е стаклена градина која интегрира производство на сончева фотоволтаична енергија, интелигентна контрола на температурата и модерно високотехнолошко садење. Таа користи рамка од челична коска и е покриена со сончеви фотоволтаични модули за да ги обезбеди потребите за осветлување на фотоволтаичните модули за производство на енергија и потребите за осветлување на целата стаклена градина. Еднонасочната струја генерирана од сончевата енергија директно ја надополнува светлината на земјоделските стакленици, директно ја поддржува нормалната работа на опремата за стаклена градина, го поттикнува наводнувањето на водните ресурси, ја зголемува температурата на стаклена градина и го поттикнува брзиот раст на културите. Фотоволтаичните модули на овој начин ќе влијаат на ефикасноста на осветлувањето на покривот на стаклена градина, а потоа ќе влијаат на нормалниот раст на зеленчукот во стаклена градина. Затоа, рационалниот распоред на фотоволтаичните панели на покривот на стаклена градина станува клучна точка на примена. Земјоделската стаклена градина е производ на органска комбинација од разгледување на земјоделството и градинарството во објектите, и е иновативна земјоделска индустрија која интегрира производство на фотоволтаична енергија, разгледување на земјоделството, земјоделските култури, земјоделската технологија, пејзажот и културниот развој.

Иновативен дизајн на стаклена градина со енергетска интеракција помеѓу различни типови стакленици

Гуо Венжонг, истражувач на Пекиншката академија за земјоделски и шумарски науки, го користи методот на греење на пренос на енергија помеѓу оранжериите за да ја собере преостанатата топлинска енергија во една или повеќе оранжерии за да загрее друга или повеќе оранжерии. Овој метод на греење го реализира преносот на енергијата на оранжериите во времето и просторот, ја подобрува ефикасноста на искористување на енергијата на преостанатата топлинска енергија на оранжериите и ја намалува вкупната потрошувачка на енергија за греење. Двата типа оранжерии можат да бидат различни типови оранжерии или ист тип оранжерии за садење различни култури, како што се оранжерии со зелена салата и домати. Методите за собирање топлина главно вклучуваат извлекување на топлината од воздухот во затворен простор и директно пресретнување на инцидентното зрачење. Преку собирање на сончева енергија, присилна конвекција преку разменувач на топлина и присилна екстракција преку топлинска пумпа, вишокот топлина во високоенергетската оранжериа се извлекува за загревање на оранжериите.

сумирам

Овие нови соларни оранжерии имаат предности како што се брзо склопување, скратен период на изградба и подобрена стапка на искористеност на земјиштето. Затоа, потребно е дополнително да се истражат перформансите на овие нови оранжерии во различни области и да се обезбеди можност за популаризација и примена на нови оранжерии во голем обем. Во исто време, потребно е континуирано да се зајакнува примената на нова енергија и нови материјали во оранжериите, со цел да се обезбеди енергија за структурна реформа на оранжериите.

Идни перспективи и размислување

Традиционалните оранжерии честопати имаат некои недостатоци, како што се висока потрошувачка на енергија, ниска стапка на искористеност на земјиштето, одземање време и труд, слаби перформанси итн., кои повеќе не можат да ги задоволат производствените потреби на современото земјоделство и се предодредени постепено да се елиминираат. Затоа, тренд на развој е користење на нови извори на енергија како што се сончевата енергија, енергијата од биомаса, геотермалната енергија и енергијата на ветерот, нови материјали за примена во оранжерии и нови дизајни за да се промовираат структурните промени на оранжериите. Прво, новата оранжериа управувана од нова енергија и нови материјали не само што треба да ги задоволи потребите на механизираното работење, туку и да заштеди енергија, земјиште и трошоци. Второ, потребно е постојано да се истражуваат перформансите на новите оранжерии во различни области, со цел да се обезбедат услови за широка популаризација на оранжериите. Во иднина, треба понатаму да бараме нова енергија и нови материјали погодни за примена во оранжерии и да ја пронајдеме најдобрата комбинација од нова енергија, нови материјали и оранжерии, со цел да се овозможи изградба на нова оранжериа со ниска цена, краток период на изградба, ниска потрошувачка на енергија и одлични перформанси, да се помогне во промената на структурата на оранжериите и да се промовира модернизацијата на развојот на оранжериите во Кина.

Иако примената на нова енергија, нови материјали и нови дизајни во изградбата на оранжерии е неизбежен тренд, сè уште постојат многу проблеми што треба да се проучат и надминат: (1) Трошоците за изградба се зголемуваат. Во споредба со традиционалното греење со јаглен, природен гас или нафта, примената на нова енергија и нови материјали е еколошка и незагадува, но трошоците за изградба се значително зголемени, што има одредено влијание врз повратот на инвестициите во производството и работењето. Во споредба со искористувањето на енергијата, цената на новите материјали ќе биде значително зголемена. (2) Нестабилно искористување на топлинската енергија. Најголемата предност на искористувањето на новата енергија е ниските оперативни трошоци и ниската емисија на јаглерод диоксид, но снабдувањето со енергија и топлина е нестабилно, а облачните денови стануваат најголем ограничувачки фактор во искористувањето на сончевата енергија. Во процесот на производство на топлина од биомаса преку ферментација, ефикасното искористување на оваа енергија е ограничено од проблемите на ниската ферментациска топлинска енергија, тешкото управување и контрола и големиот простор за складирање за транспорт на суровини. (3) Зрелост на технологијата. Овие технологии што ги користат новата енергија и новите материјали се напредни истражувачки и технолошки достигнувања, а нивната област на примена и опсег се сè уште доста ограничени. Тие не поминале многу пати, многу локации и верификација на пракса од голем обем, и неизбежно има некои недостатоци и технички содржини што треба да се подобрат во примената. Корисниците често го негираат напредокот на технологијата поради мали недостатоци. (4) Стапката на пенетрација на технологијата е ниска. Широката примена на научните и технолошките достигнувања бара одредена популарност. Во моментов, новата енергија, новата технологија и новата технологија за дизајн на стакленици се во тимот на научно-истражувачки центри на универзитетите со одредени иновативни способности, а повеќето технички баратели или дизајнери сè уште не знаат; Во исто време, популаризацијата и примената на новите технологии се сè уште доста ограничени бидејќи основната опрема на новите технологии е патентирана. (5) Интеграцијата на новата енергија, новите материјали и дизајнот на структурата на стаклена градина треба дополнително да се зајакне. Бидејќи енергијата, материјалите и дизајнот на структурата на стаклена градина припаѓаат на три различни дисциплини, талентите со искуство во дизајнот на стакленици честопати немаат истражување за енергијата и материјалите поврзани со стаклениците, и обратно; Затоа, истражувачите поврзани со истражување на енергијата и материјалите треба да го зајакнат истражувањето и разбирањето на реалните потреби на развојот на стаклена градинарска индустрија, а градежните дизајнери треба да ги проучуваат и новите материјали и новата енергија за да го промовираат длабокото интегрирање на трите односи, со цел да се постигне целта на практичната технологија за истражување на стакленички градини, ниските трошоци за изградба и добриот ефект на користење. Врз основа на горенаведените проблеми, се предлага државата, локалните самоуправи и научно-истражувачките центри да ги интензивираат техничките истражувања, да спроведат заеднички истражувања во длабочина, да ја зајакнат публицитетот на научните и технолошките достигнувања, да ја подобрат популаризацијата на достигнувањата и брзо да ја реализираат целта на новата енергија и новите материјали за да помогнат во новиот развој на стаклена градинарска индустрија.

Цитирани информации

Ли Џианминг, Сун Гуотао, Ли Хаоџие, Ли Руи, Ху Јиксин. Новата енергија, новите материјали и новиот дизајн помагаат во новата револуција на стаклена градина [J]. Зеленчук, 2022, (10):1-8.