Li Jianming, Sun Guotao, κ.λπ.Τεχνολογία γεωργικής μηχανικής κηπευτικής σε θερμοκήπια2022-11-21 17:42 Δημοσιεύτηκε στο Πεκίνο

Τα τελευταία χρόνια, η βιομηχανία θερμοκηπίων έχει αναπτυχθεί δυναμικά. Η ανάπτυξη των θερμοκηπίων όχι μόνο βελτιώνει τον ρυθμό αξιοποίησης της γης και τον ρυθμό παραγωγής γεωργικών προϊόντων, αλλά λύνει και το πρόβλημα της προσφοράς φρούτων και λαχανικών εκτός εποχής. Ωστόσο, το θερμοκήπιο έχει αντιμετωπίσει επίσης πρωτοφανείς προκλήσεις. Οι αρχικές εγκαταστάσεις, οι μέθοδοι θέρμανσης και οι δομικές μορφές έχουν δημιουργήσει αντίσταση στο περιβάλλον και την ανάπτυξη. Νέα υλικά και νέοι σχεδιασμοί είναι επειγόντως απαραίτητοι για να αλλάξουν η δομή του θερμοκηπίου, και νέες πηγές ενέργειας είναι επειγόντως απαραίτητες για την επίτευξη των σκοπών της εξοικονόμησης ενέργειας και της προστασίας του περιβάλλοντος, καθώς και για την αύξηση της παραγωγής και του εισοδήματος.

Αυτό το άρθρο συζητά το θέμα «νέα ενέργεια, νέα υλικά, νέος σχεδιασμός για να βοηθήσει στη νέα επανάσταση του θερμοκηπίου», συμπεριλαμβανομένης της έρευνας και της καινοτομίας στην ηλιακή ενέργεια, την ενέργεια από βιομάζα, τη γεωθερμική ενέργεια και άλλες νέες πηγές ενέργειας στο θερμοκήπιο, την έρευνα και την εφαρμογή νέων υλικών για καλύμματα, θερμομόνωση, τοίχους και άλλο εξοπλισμό, καθώς και τις μελλοντικές προοπτικές και σκέψεις για νέες πηγές ενέργειας, νέα υλικά και νέο σχεδιασμό για να βοηθήσει στη μεταρρύθμιση του θερμοκηπίου, ώστε να παρέχει αναφορά στον κλάδο.

Η ανάπτυξη της γεωργίας εγκαταστάσεων αποτελεί πολιτική απαίτηση και αναπόφευκτη επιλογή για την εφαρμογή του πνεύματος των σημαντικών οδηγιών και της λήψης αποφάσεων της κεντρικής κυβέρνησης. Το 2020, η συνολική έκταση προστατευόμενης γεωργίας στην Κίνα θα είναι 2,8 εκατομμύρια hm2 και η αξία παραγωγής θα ξεπεράσει το 1 τρισεκατομμύριο γιουάν. Είναι ένας σημαντικός τρόπος για τη βελτίωση της παραγωγικής ικανότητας των θερμοκηπίων, τη βελτίωση του φωτισμού και της θερμομόνωσης των θερμοκηπίων μέσω νέας ενέργειας, νέων υλικών και νέου σχεδιασμού θερμοκηπίων. Υπάρχουν πολλά μειονεκτήματα στην παραδοσιακή παραγωγή θερμοκηπίων, όπως ο άνθρακας, το μαζούτ και άλλες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται για θέρμανση και θέρμανση στα παραδοσιακά θερμοκήπια, με αποτέλεσμα την έκλυση μεγάλης ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο μολύνει σοβαρά το περιβάλλον, ενώ το φυσικό αέριο, η ηλεκτρική ενέργεια και άλλες πηγές ενέργειας αυξάνουν το λειτουργικό κόστος των θερμοκηπίων. Τα παραδοσιακά υλικά αποθήκευσης θερμότητας για τους τοίχους του θερμοκηπίου είναι κυρίως άργιλος και τούβλα, τα οποία καταναλώνουν πολύ και προκαλούν σοβαρές ζημιές στους χερσαίους πόρους. Η αποδοτικότητα χρήσης γης του παραδοσιακού ηλιακού θερμοκηπίου με χωμάτινο τοίχο είναι μόνο 40% ~ 50% και το συνηθισμένο θερμοκήπιο έχει χαμηλή ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας, επομένως δεν μπορεί να αντέξει τον χειμώνα για να παράγει ζεστά λαχανικά στη βόρεια Κίνα. Επομένως, ο πυρήνας της προώθησης της αλλαγής του θερμοκηπίου, ή της βασικής έρευνας, έγκειται στον σχεδιασμό, την έρευνα και την ανάπτυξη νέων υλικών και νέας ενέργειας σε θερμοκήπια. Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στην έρευνα και την καινοτομία νέων πηγών ενέργειας σε θερμοκήπια, θα συνοψίσει την ερευνητική κατάσταση νέων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή ενέργεια, η ενέργεια από βιομάζα, η γεωθερμική ενέργεια, η αιολική ενέργεια και τα νέα διαφανή υλικά κάλυψης, τα θερμομονωτικά υλικά και τα υλικά τοίχων σε θερμοκήπια, θα αναλύσει την εφαρμογή νέας ενέργειας και νέων υλικών στην κατασκευή νέων θερμοκηπίων και θα προσβλέπουμε στον ρόλο τους στη μελλοντική ανάπτυξη και μετασχηματισμό των θερμοκηπίων.

Έρευνα και Καινοτομία Νέου Ενεργειακού Θερμοκηπίου

Η πράσινη νέα ενέργεια με το μεγαλύτερο δυναμικό γεωργικής αξιοποίησης περιλαμβάνει την ηλιακή ενέργεια, τη γεωθερμική ενέργεια και την ενέργεια από βιομάζα, ή την ολοκληρωμένη αξιοποίηση μιας ποικιλίας νέων πηγών ενέργειας, έτσι ώστε να επιτευχθεί αποτελεσματική χρήση της ενέργειας μαθαίνοντας από τα δυνατά σημεία του άλλου.

ηλιακή ενέργεια/ενέργεια

Η τεχνολογία ηλιακής ενέργειας είναι μια χαμηλών εκπομπών άνθρακα, αποτελεσματική και βιώσιμη μέθοδος ενεργειακού εφοδιασμού και αποτελεί σημαντικό συστατικό των στρατηγικών αναδυόμενων βιομηχανιών της Κίνας. Θα γίνει μια αναπόφευκτη επιλογή για τον μετασχηματισμό και την αναβάθμιση της ενεργειακής δομής της Κίνας στο μέλλον. Από την άποψη της αξιοποίησης της ενέργειας, το ίδιο το θερμοκήπιο είναι μια δομή εγκατάστασης για την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Μέσω του φαινομένου του θερμοκηπίου, η ηλιακή ενέργεια συγκεντρώνεται σε εσωτερικούς χώρους, η θερμοκρασία του θερμοκηπίου αυξάνεται και παρέχεται η απαραίτητη θερμότητα για την ανάπτυξη των καλλιεργειών. Η κύρια πηγή ενέργειας της φωτοσύνθεσης των φυτών του θερμοκηπίου είναι το άμεσο ηλιακό φως, το οποίο αποτελεί την άμεση αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας.

01 Φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας για την παραγωγή θερμότητας

Η φωτοβολταϊκή παραγωγή ενέργειας είναι μια τεχνολογία που μετατρέπει άμεσα την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια με βάση το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Το βασικό στοιχείο αυτής της τεχνολογίας είναι τα ηλιακά κύτταρα. Όταν η ηλιακή ενέργεια προσπίπτει στη συστοιχία ηλιακών πάνελ σε σειρά ή παράλληλα, τα ημιαγωγικά εξαρτήματα μετατρέπουν άμεσα την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική ενέργεια. Η φωτοβολταϊκή τεχνολογία μπορεί να μετατρέψει άμεσα την φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια μέσω μπαταριών και να θερμάνει το θερμοκήπιο τη νύχτα, αλλά το υψηλό κόστος της περιορίζει την περαιτέρω ανάπτυξή της. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια φωτοβολταϊκή συσκευή θέρμανσης γραφενίου, η οποία αποτελείται από εύκαμπτα φωτοβολταϊκά πάνελ, μια μηχανή αντίστροφου ελέγχου "όλα σε ένα", μια μπαταρία αποθήκευσης και μια ράβδο θέρμανσης γραφενίου. Ανάλογα με το μήκος της γραμμής φύτευσης, η ράβδος θέρμανσης γραφενίου είναι θαμμένη κάτω από τον σάκο υποστρώματος. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα φωτοβολταϊκά πάνελ απορροφούν την ηλιακή ακτινοβολία για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και να την αποθηκεύουν στην μπαταρία αποθήκευσης, και στη συνέχεια η ηλεκτρική ενέργεια απελευθερώνεται τη νύχτα για τη ράβδο θέρμανσης γραφενίου. Στην πραγματική μέτρηση, υιοθετείται η λειτουργία ελέγχου θερμοκρασίας που ξεκινά από τους 17℃ και κλείνει στους 19℃. Λειτουργώντας τη νύχτα (20:00-08:00 τη δεύτερη ημέρα) για 8 ώρες, η κατανάλωση ενέργειας για τη θέρμανση μιας μόνο σειράς φυτών είναι 1,24 kW·h και η μέση θερμοκρασία του σάκου υποστρώματος τη νύχτα είναι 19,2℃, η οποία είναι 3,5 ~ 5,3℃ υψηλότερη από αυτή της ομάδας ελέγχου. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης σε συνδυασμό με την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας λύνει τα προβλήματα της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και της υψηλής ρύπανσης στη θέρμανση θερμοκηπίων το χειμώνα.

02 φωτοθερμική μετατροπή και αξιοποίηση

Η ηλιακή φωτοθερμική μετατροπή αναφέρεται στη χρήση μιας ειδικής επιφάνειας συλλογής ηλιακού φωτός κατασκευασμένης από υλικά φωτοθερμικής μετατροπής για τη συλλογή και απορρόφηση όσο το δυνατόν περισσότερης ηλιακής ενέργειας που ακτινοβολείται σε αυτήν και τη μετατροπή της σε θερμική ενέργεια. Σε σύγκριση με τις ηλιακές φωτοβολταϊκές εφαρμογές, οι ηλιακές φωτοθερμικές εφαρμογές αυξάνουν την απορρόφηση της ζώνης εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας, επομένως έχουν υψηλότερη ενεργειακή απόδοση αξιοποίησης του ηλιακού φωτός, χαμηλότερο κόστος και ώριμη τεχνολογία, και αποτελούν τον πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο τρόπο αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας.

Η πιο ώριμη τεχνολογία φωτοθερμικής μετατροπής και αξιοποίησης στην Κίνα είναι ο ηλιακός συλλέκτης, το βασικό συστατικό του οποίου είναι ο πυρήνας πλάκας απορρόφησης θερμότητας με επιλεκτική επίστρωση απορρόφησης, ο οποίος μπορεί να μετατρέψει την ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας που διέρχεται από την πλάκα κάλυψης σε θερμική ενέργεια και να τη μεταδώσει στο μέσο εργασίας απορρόφησης θερμότητας. Οι ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το αν υπάρχει κενός χώρος στον συλλέκτη ή όχι: επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες και ηλιακοί συλλέκτες σωλήνων κενού· συγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες και μη συγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες ανάλογα με το αν η ηλιακή ακτινοβολία στην θύρα φυσικού φωτισμού αλλάζει κατεύθυνση· και υγροί ηλιακοί συλλέκτες και ηλιακοί συλλέκτες αέρα ανάλογα με τον τύπο του μέσου εργασίας μεταφοράς θερμότητας.

Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας σε θερμοκήπια πραγματοποιείται κυρίως μέσω διαφόρων τύπων ηλιακών συλλεκτών. Το Πανεπιστήμιο Ibn Zor στο Μαρόκο έχει αναπτύξει ένα ενεργό σύστημα θέρμανσης ηλιακής ενέργειας (ASHS) για τη θέρμανση του θερμοκηπίου, το οποίο μπορεί να αυξήσει τη συνολική παραγωγή ντομάτας κατά 55% τον χειμώνα. Το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο της Κίνας έχει σχεδιάσει και αναπτύξει ένα σύνολο επιφανειακών συστημάτων συλλογής και εκκένωσης ψύκτη-ανεμιστήρα, με χωρητικότητα συλλογής θερμότητας 390,6~693,0 MJ, και έχει προτείνει την ιδέα του διαχωρισμού της διαδικασίας συλλογής θερμότητας από τη διαδικασία αποθήκευσης θερμότητας μέσω αντλίας θερμότητας. Το Πανεπιστήμιο του Μπάρι στην Ιταλία έχει αναπτύξει ένα σύστημα θέρμανσης πολυπαραγωγής θερμοκηπίου, το οποίο αποτελείται από ένα σύστημα ηλιακής ενέργειας και μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού, και μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του αέρα κατά 3,6% και τη θερμοκρασία του εδάφους κατά 92%. Η ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει ένα είδος ενεργού εξοπλισμού συλλογής ηλιακής θερμότητας με μεταβλητή γωνία κλίσης για ηλιακό θερμοκήπιο και μια υποστηρικτική συσκευή αποθήκευσης θερμότητας για το υδάτινο σώμα του θερμοκηπίου σε όλες τις καιρικές συνθήκες. Η τεχνολογία ενεργού ηλιακής συλλογής θερμότητας με μεταβλητή κλίση ξεπερνά τους περιορισμούς του παραδοσιακού εξοπλισμού συλλογής θερμότητας του θερμοκηπίου, όπως η περιορισμένη χωρητικότητα συλλογής θερμότητας, η σκίαση και η κατάληψη καλλιεργήσιμης γης. Χρησιμοποιώντας την ειδική δομή θερμοκηπίου του ηλιακού θερμοκηπίου, ο χώρος του θερμοκηπίου χωρίς φύτευση αξιοποιείται πλήρως, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την απόδοση αξιοποίησης του χώρου του θερμοκηπίου. Υπό τυπικές ηλιόλουστες συνθήκες λειτουργίας, το ενεργό ηλιακό σύστημα συλλογής θερμότητας με μεταβλητή κλίση φτάνει τα 1,9 MJ/(m2h), η απόδοση αξιοποίησης ενέργειας φτάνει το 85,1% και το ποσοστό εξοικονόμησης ενέργειας είναι 77%. Στην τεχνολογία αποθήκευσης θερμότητας του θερμοκηπίου, ρυθμίζεται η δομή αποθήκευσης θερμότητας πολλαπλών φάσεων, αυξάνεται η χωρητικότητα αποθήκευσης θερμότητας της συσκευής αποθήκευσης θερμότητας και πραγματοποιείται η αργή απελευθέρωση θερμότητας από τη συσκευή, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η αποτελεσματική χρήση της θερμότητας που συλλέγεται από τον εξοπλισμό συλλογής ηλιακής θερμότητας του θερμοκηπίου.

ενέργεια από βιομάζα

Μια νέα δομή εγκατάστασης κατασκευάζεται συνδυάζοντας τη συσκευή παραγωγής θερμότητας βιομάζας με το θερμοκήπιο, και οι πρώτες ύλες βιομάζας όπως η κοπριά χοίρων, τα υπολείμματα μανιταριών και το άχυρο κομποστοποιούνται για την παραγωγή θερμότητας, και η παραγόμενη θερμική ενέργεια παρέχεται απευθείας στο θερμοκήπιο [5]. Σε σύγκριση με το θερμοκήπιο χωρίς δεξαμενή θέρμανσης ζύμωσης βιομάζας, το θερμοκήπιο θέρμανσης μπορεί να αυξήσει αποτελεσματικά τη θερμοκρασία του εδάφους στο θερμοκήπιο και να διατηρήσει τη σωστή θερμοκρασία των ριζών των καλλιεργειών που καλλιεργούνται στο έδαφος σε κανονικό κλίμα τον χειμώνα. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα ένα μονοστρωματικό ασύμμετρο θερμομονωτικό θερμοκήπιο με άνοιγμα 17m και μήκος 30m, η προσθήκη 8m γεωργικών αποβλήτων (άχυρο ντομάτας και κοπριά χοίρων αναμεμειγμένα) στην εσωτερική δεξαμενή ζύμωσης για φυσική ζύμωση χωρίς να ανατραπεί ο σωρός μπορεί να αυξήσει τη μέση ημερήσια θερμοκρασία του θερμοκηπίου κατά 4,2℃ τον χειμώνα, και η μέση ημερήσια ελάχιστη θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 4,6℃.

Η ενεργειακή αξιοποίηση της ελεγχόμενης ζύμωσης βιομάζας είναι μια μέθοδος ζύμωσης που χρησιμοποιεί όργανα και εξοπλισμό για τον έλεγχο της διαδικασίας ζύμωσης, προκειμένου να επιτευχθεί γρήγορα και αποτελεσματικά η θερμική ενέργεια βιομάζας και το λίπασμα CO2, μεταξύ των οποίων ο αερισμός και η υγρασία είναι οι βασικοί παράγοντες για τη ρύθμιση της παραγωγής θερμότητας και αερίου ζύμωσης της βιομάζας. Υπό αεριζόμενες συνθήκες, οι αερόβιοι μικροοργανισμοί στον σωρό ζύμωσης χρησιμοποιούν οξυγόνο για τις ζωτικές τους δραστηριότητες και μέρος της παραγόμενης ενέργειας χρησιμοποιείται για τις δικές τους ζωτικές δραστηριότητες και μέρος της ενέργειας απελευθερώνεται στο περιβάλλον ως θερμική ενέργεια, η οποία είναι ευεργετική για την αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Το νερό συμμετέχει σε ολόκληρη τη διαδικασία ζύμωσης, παρέχοντας τα απαραίτητα διαλυτά θρεπτικά συστατικά για τις μικροβιακές δραστηριότητες και ταυτόχρονα απελευθερώνοντας τη θερμότητα του σωρού με τη μορφή ατμού μέσω του νερού, έτσι ώστε να μειωθεί η θερμοκρασία του σωρού, να παραταθεί η ζωή των μικροοργανισμών και να αυξηθεί η θερμοκρασία του σωρού. Η εγκατάσταση συσκευής έκπλυσης άχυρου στη δεξαμενή ζύμωσης μπορεί να αυξήσει την εσωτερική θερμοκρασία κατά 3 ~ 5℃ το χειμώνα, να ενισχύσει τη φωτοσύνθεση των φυτών και να αυξήσει την απόδοση της ντομάτας κατά 29,6%.

Γεωθερμική ενέργεια

Η Κίνα είναι πλούσια σε γεωθερμικούς πόρους. Προς το παρόν, ο πιο συνηθισμένος τρόπος αξιοποίησης της γεωθερμικής ενέργειας από τις γεωργικές εγκαταστάσεις είναι η χρήση γεωθερμικής αντλίας θερμότητας, η οποία μπορεί να μεταφέρει από θερμική ενέργεια χαμηλής ποιότητας σε θερμική ενέργεια υψηλής ποιότητας εισάγοντας μια μικρή ποσότητα υψηλής ποιότητας ενέργειας (όπως ηλεκτρική ενέργεια). Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά μέτρα θέρμανσης θερμοκηπίων, η θέρμανση με γεωθερμική αντλία θερμότητας όχι μόνο μπορεί να επιτύχει σημαντικό θερμαντικό αποτέλεσμα, αλλά έχει επίσης την ικανότητα να ψύχει το θερμοκήπιο και να μειώνει την υγρασία στο θερμοκήπιο. Η έρευνα εφαρμογής της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας στον τομέα της κατασκευής κατοικιών είναι ώριμη. Το βασικό μέρος που επηρεάζει την θερμαντική και ψυκτική ικανότητα της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας είναι η υπόγεια μονάδα ανταλλαγής θερμότητας, η οποία περιλαμβάνει κυρίως θαμμένους σωλήνες, υπόγεια πηγάδια κ.λπ. Ο τρόπος σχεδιασμού ενός υπόγειου συστήματος ανταλλαγής θερμότητας με ισορροπημένο κόστος και αποτέλεσμα ήταν πάντα το ερευνητικό επίκεντρο αυτού του μέρους. Ταυτόχρονα, η αλλαγή της θερμοκρασίας του υπόγειου στρώματος του εδάφους κατά την εφαρμογή της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας επηρεάζει επίσης το αποτέλεσμα χρήσης του συστήματος αντλίας θερμότητας. Η χρήση της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας για την ψύξη του θερμοκηπίου το καλοκαίρι και την αποθήκευση της θερμικής ενέργειας στο βαθύ στρώμα του εδάφους μπορεί να μετριάσει την πτώση της θερμοκρασίας του υπόγειου στρώματος του εδάφους και να βελτιώσει την απόδοση παραγωγής θερμότητας της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας το χειμώνα.

Προς το παρόν, στην έρευνα της απόδοσης και της αποδοτικότητας της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας, μέσω των πραγματικών πειραματικών δεδομένων, δημιουργείται ένα αριθμητικό μοντέλο με λογισμικό όπως το TOUGH2 και το TRNSYS, και συμπεραίνεται ότι η θερμαντική απόδοση και ο συντελεστής απόδοσης (COP) της γεωθερμικής αντλίας θερμότητας μπορούν να φτάσουν το 3,0 ~ 4,5, γεγονός που έχει καλό αποτέλεσμα ψύξης και θέρμανσης. Στην έρευνα της στρατηγικής λειτουργίας του συστήματος αντλίας θερμότητας, ο Fu Yunzhun και άλλοι διαπίστωσαν ότι σε σύγκριση με τη ροή από την πλευρά του φορτίου, η ροή από την πλευρά του εδάφους έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απόδοση της μονάδας και στην απόδοση μεταφοράς θερμότητας του θαμμένου σωλήνα. Υπό την προϋπόθεση της ρύθμισης της ροής, η μέγιστη τιμή COP της μονάδας μπορεί να φτάσει το 4,17 υιοθετώντας το σχήμα λειτουργίας λειτουργίας για 2 ώρες και διακοπής για 2 ώρες. Οι Shi Huixian και άλλοι υιοθέτησαν μια διακοπτόμενη λειτουργία του συστήματος ψύξης αποθήκευσης νερού. Το καλοκαίρι, όταν η θερμοκρασία είναι υψηλή, ο COP ολόκληρου του συστήματος παροχής ενέργειας μπορεί να φτάσει το 3,80.

Τεχνολογία αποθήκευσης θερμότητας σε βαθύ έδαφος σε θερμοκήπιο

Η αποθήκευση θερμότητας σε βαθύ έδαφος σε θερμοκήπιο ονομάζεται επίσης «τράπεζα αποθήκευσης θερμότητας». Οι ζημιές από το κρύο τον χειμώνα και η υψηλή θερμοκρασία το καλοκαίρι αποτελούν τα κύρια εμπόδια στην παραγωγή σε θερμοκήπια. Με βάση την ισχυρή ικανότητα αποθήκευσης θερμότητας του βαθέος εδάφους, η ερευνητική ομάδα σχεδίασε μια υπόγεια συσκευή αποθήκευσης θερμότητας σε βάθος θερμοκηπίου. Η συσκευή είναι ένας παράλληλος αγωγός μεταφοράς θερμότητας διπλής στρώσης θαμμένος σε βάθος 1,5~2,5 μέτρων υπόγεια στο θερμοκήπιο, με είσοδο αέρα στην κορυφή του θερμοκηπίου και έξοδο αέρα στο έδαφος. Όταν η θερμοκρασία στο θερμοκήπιο είναι υψηλή, ο εσωτερικός αέρας αντλείται βίαια στο έδαφος από έναν ανεμιστήρα για να επιτευχθεί αποθήκευση θερμότητας και μείωση της θερμοκρασίας. Όταν η θερμοκρασία του θερμοκηπίου είναι χαμηλή, η θερμότητα εξάγεται από το έδαφος για να θερμανθεί το θερμοκήπιο. Τα αποτελέσματα παραγωγής και εφαρμογής δείχνουν ότι η συσκευή μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία του θερμοκηπίου κατά 2,3℃ τη χειμερινή νύχτα, να μειώσει την εσωτερική θερμοκρασία κατά 2,6℃ την καλοκαιρινή ημέρα και να αυξήσει την απόδοση της ντομάτας κατά 1500kg σε 667 m²Η συσκευή αξιοποιεί πλήρως τα χαρακτηριστικά «ζεστό το χειμώνα και δροσερό το καλοκαίρι» και «σταθερή θερμοκρασία» του βαθιά υπόγειου εδάφους, παρέχει μια «τράπεζα ενεργειακής πρόσβασης» για το θερμοκήπιο και ολοκληρώνει συνεχώς τις βοηθητικές λειτουργίες ψύξης και θέρμανσης του θερμοκηπίου.

Συντονισμός πολλαπλών ενεργειών

Η χρήση δύο ή περισσότερων τύπων ενέργειας για τη θέρμανση του θερμοκηπίου μπορεί να αντισταθμίσει αποτελεσματικά τα μειονεκτήματα του ενός τύπου ενέργειας και να δώσει έμφαση στο φαινόμενο υπέρθεσης του «ένα συν ένα είναι μεγαλύτερο από δύο». Η συμπληρωματική συνεργασία μεταξύ γεωθερμικής ενέργειας και ηλιακής ενέργειας αποτελεί ερευνητικό επίκεντρο της νέας αξιοποίησης ενέργειας στη γεωργική παραγωγή τα τελευταία χρόνια. Οι Emmi και οι συνεργάτες του μελέτησαν ένα σύστημα πολλαπλών πηγών ενέργειας (Σχήμα 1), το οποίο είναι εξοπλισμένο με έναν φωτοβολταϊκό-θερμικό υβριδικό ηλιακό συλλέκτη. Σε σύγκριση με το κοινό σύστημα αντλίας θερμότητας αέρα-νερού, η ενεργειακή απόδοση του συστήματος πολλαπλών πηγών ενέργειας βελτιώνεται κατά 16%~25%. Οι Zheng και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν έναν νέο τύπο συστήματος συζευγμένης αποθήκευσης θερμότητας ηλιακής ενέργειας και αντλίας θερμότητας εδάφους. Το σύστημα ηλιακών συλλεκτών μπορεί να πραγματοποιήσει εποχιακή αποθήκευση θέρμανσης υψηλής ποιότητας, δηλαδή θέρμανση υψηλής ποιότητας το χειμώνα και ψύξη υψηλής ποιότητας το καλοκαίρι. Ο εναλλάκτης θερμότητας με θαμμένους σωλήνες και η δεξαμενή διακοπτόμενης αποθήκευσης θερμότητας μπορούν να λειτουργήσουν καλά στο σύστημα και η τιμή COP του συστήματος μπορεί να φτάσει το 6,96.

Σε συνδυασμό με την ηλιακή ενέργεια, στοχεύει στη μείωση της κατανάλωσης εμπορικής ενέργειας και στην ενίσχυση της σταθερότητας της ηλιακής τροφοδοσίας σε θερμοκήπια. Οι Wan Ya και οι συνεργάτες του πρότειναν ένα νέο έξυπνο τεχνολογικό σχέδιο ελέγχου που συνδυάζει την παραγωγή ηλιακής ενέργειας με την εμπορική ενέργεια για τη θέρμανση θερμοκηπίων, το οποίο μπορεί να αξιοποιήσει τη φωτοβολταϊκή ενέργεια όταν υπάρχει φως και να τη μετατρέψει σε εμπορική ενέργεια όταν δεν υπάρχει φως, μειώνοντας σημαντικά το ποσοστό έλλειψης ισχύος φορτίου και το οικονομικό κόστος χωρίς τη χρήση μπαταριών.

Η ηλιακή ενέργεια, η ενέργεια από βιομάζα και η ηλεκτρική ενέργεια μπορούν να θερμάνουν από κοινού θερμοκήπια, επιτυγχάνοντας επίσης υψηλή θερμική απόδοση. Ο Zhang Liangrui και άλλοι συνδύασαν τη συλλογή θερμότητας με ηλιακούς σωλήνες κενού με δεξαμενή νερού αποθήκευσης θερμότητας ηλεκτρικής ενέργειας στην κοιλάδα. Το σύστημα θέρμανσης θερμοκηπίου προσφέρει καλή θερμική άνεση και η μέση θερμική απόδοση του συστήματος είναι 68,70%. Η ηλεκτρική δεξαμενή νερού αποθήκευσης θερμότητας είναι μια συσκευή αποθήκευσης νερού θέρμανσης βιομάζας με ηλεκτρική θέρμανση. Ρυθμίζεται η χαμηλότερη θερμοκρασία εισόδου νερού στο άκρο θέρμανσης και η στρατηγική λειτουργίας του συστήματος καθορίζεται σύμφωνα με τη θερμοκρασία αποθήκευσης νερού του τμήματος συλλογής ηλιακής θερμότητας και του τμήματος αποθήκευσης θερμότητας βιομάζας, έτσι ώστε να επιτυγχάνεται σταθερή θερμοκρασία θέρμανσης στο άκρο θέρμανσης και να εξοικονομείται ηλεκτρική ενέργεια και ενεργειακά υλικά βιομάζας στο μέγιστο βαθμό.

Καινοτόμος Έρευνα και Εφαρμογή Νέων Υλικών Θερμοκηπίου

Με την επέκταση των θερμοκηπίων, τα μειονεκτήματα εφαρμογής των παραδοσιακών υλικών θερμοκηπίου, όπως τα τούβλα και το χώμα, αποκαλύπτονται ολοένα και περισσότερο. Επομένως, προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η θερμική απόδοση του θερμοκηπίου και να καλυφθούν οι ανάγκες ανάπτυξης του σύγχρονου θερμοκηπίου, υπάρχουν πολλές έρευνες και εφαρμογές νέων διαφανών υλικών κάλυψης, θερμομονωτικών υλικών και υλικών τοίχων.

Έρευνα και εφαρμογή νέων διαφανών υλικών επικάλυψης

Οι τύποι διαφανών υλικών κάλυψης για θερμοκήπια περιλαμβάνουν κυρίως πλαστική μεμβράνη, γυαλί, ηλιακά πάνελ και φωτοβολταϊκά πάνελ, μεταξύ των οποίων η πλαστική μεμβράνη έχει το μεγαλύτερο πεδίο εφαρμογής. Η παραδοσιακή μεμβράνη PE θερμοκηπίου έχει τα μειονεκτήματα της σύντομης διάρκειας ζωής, της μη υποβάθμισης και της μοναδικής λειτουργίας. Σήμερα, έχει αναπτυχθεί μια ποικιλία νέων λειτουργικών μεμβρανών με την προσθήκη λειτουργικών αντιδραστηρίων ή επικαλύψεων.

Φιλμ μετατροπής φωτός:Η μεμβράνη μετατροπής φωτός αλλάζει τις οπτικές ιδιότητες της μεμβράνης χρησιμοποιώντας παράγοντες μετατροπής φωτός όπως σπάνιες γαίες και νανοϋλικά, και μπορεί να μετατρέψει την περιοχή του υπεριώδους φωτός σε κόκκινο-πορτοκαλί φως και μπλε-ιώδες φως που απαιτούνται από τη φωτοσύνθεση των φυτών, αυξάνοντας έτσι την απόδοση των καλλιεργειών και μειώνοντας τη ζημιά από το υπεριώδες φως στις καλλιέργειες και τις μεμβράνες θερμοκηπίου σε πλαστικά θερμοκήπια. Για παράδειγμα, η μεμβράνη θερμοκηπίου ευρείας ζώνης από μωβ σε κόκκινο με παράγοντα μετατροπής φωτός VTR-660 μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη διαπερατότητα του υπέρυθρου όταν εφαρμόζεται σε θερμοκήπιο, και σε σύγκριση με το θερμοκήπιο ελέγχου, η απόδοση ντομάτας ανά εκτάριο, η περιεκτικότητα σε βιταμίνη C και λυκοπένιο αυξάνονται σημαντικά κατά 25,71%, 11,11% και 33,04% αντίστοιχα. Ωστόσο, προς το παρόν, η διάρκεια ζωής, η αποικοδόμηση και το κόστος της νέας μεμβράνης μετατροπής φωτός πρέπει ακόμη να μελετηθούν.

Διάσπαρτο γυαλίΤο σκεδαζόμενο γυαλί στο θερμοκήπιο είναι ένα ειδικό μοτίβο και τεχνολογία αντι-ανάκλασης στην επιφάνεια του γυαλιού, η οποία μπορεί να μεγιστοποιήσει το ηλιακό φως σε σκεδαζόμενο φως και να εισέλθει στο θερμοκήπιο, να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης των καλλιεργειών και να αυξήσει την απόδοση των καλλιεργειών. Το σκεδαζόμενο γυαλί μετατρέπει το φως που εισέρχεται στο θερμοκήπιο σε σκεδαζόμενο φως μέσω ειδικών μοτίβων και το σκεδαζόμενο φως μπορεί να ακτινοβοληθεί πιο ομοιόμορφα στο θερμοκήπιο, εξαλείφοντας την επίδραση της σκιάς του σκελετού στο θερμοκήπιο. Σε σύγκριση με το συνηθισμένο γυαλί επίπλευσης και το εξαιρετικά λευκό γυαλί επίπλευσης, το πρότυπο διαπερατότητας φωτός του σκεδαζόμενου γυαλιού είναι 91,5% και αυτό του συνηθισμένου γυαλιού επίπλευσης είναι 88%. Για κάθε αύξηση 1% στη διαπερατότητα φωτός μέσα στο θερμοκήπιο, η απόδοση μπορεί να αυξηθεί κατά περίπου 3% και τα διαλυτά σάκχαρα και η βιταμίνη C στα φρούτα και τα λαχανικά έχουν αυξηθεί. Το σκεδαζόμενο γυαλί στο θερμοκήπιο επικαλύπτεται πρώτα και στη συνέχεια σκληρύνεται και ο ρυθμός αυτοέκρηξης είναι υψηλότερος από το εθνικό πρότυπο, φτάνοντας το 2‰.

Έρευνα και Εφαρμογή Νέων Θερμομονωτικών Υλικών

Τα παραδοσιακά θερμομονωτικά υλικά σε θερμοκήπια περιλαμβάνουν κυρίως ψάθα, χάρτινη κουβέρτα, θερμομονωτική κουβέρτα από τσόχα κ.λπ., τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως για εσωτερική και εξωτερική θερμομόνωση στεγών, μόνωση τοίχων και θερμομόνωση ορισμένων συσκευών αποθήκευσης και συλλογής θερμότητας. Τα περισσότερα από αυτά έχουν το μειονέκτημα της απώλειας της θερμομονωτικής τους απόδοσης λόγω εσωτερικής υγρασίας μετά από μακροχρόνια χρήση. Ως εκ τούτου, υπάρχουν πολλές εφαρμογές νέων υλικών υψηλής θερμομόνωσης, μεταξύ των οποίων η νέα θερμομονωτική κουβέρτα, οι συσκευές αποθήκευσης και συλλογής θερμότητας αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας.

Τα νέα θερμομονωτικά υλικά κατασκευάζονται συνήθως με την επεξεργασία και την ανάμειξη επιφανειακά αδιάβροχων και ανθεκτικών στη γήρανση υλικών, όπως υφασμένη μεμβράνη και επικαλυμμένο πέλμα, με αφράτα θερμομονωτικά υλικά όπως βαμβάκι με ψεκασμό, διάφορα κασμίρ και μαργαριταρένιο βαμβάκι. Ένα θερμομονωτικό πάπλωμα από βαμβάκι με υφασμένη μεμβράνη και επικάλυψη ψεκασμού δοκιμάστηκε στη βορειοανατολική Κίνα. Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη 500g βαμβακιού με επικάλυψη ψεκασμού ήταν ισοδύναμη με την απόδοση θερμομόνωσης ενός μαύρου θερμομονωτικού παπλώματος από τσόχα 4500g στην αγορά. Υπό τις ίδιες συνθήκες, η απόδοση θερμομόνωσης 700g βαμβακιού με επικάλυψη ψεκασμού βελτιώθηκε κατά 1~2℃ σε σύγκριση με αυτό του θερμομονωτικού παπλώματος 500g βαμβακιού με επικάλυψη ψεκασμού. Ταυτόχρονα, άλλες μελέτες διαπίστωσαν επίσης ότι σε σύγκριση με τα συνήθως χρησιμοποιούμενα θερμομονωτικά παπλώματα στην αγορά, το θερμομονωτικό αποτέλεσμα του βαμβακιού με επικάλυψη ψεκασμού και των διαφόρων θερμομονωτικών παπλωμάτων από κασμίρ είναι καλύτερο, με ποσοστά θερμομόνωσης 84,0% και 83,3% αντίστοιχα. Όταν η πιο χαμηλή εξωτερική θερμοκρασία είναι -24,4℃, η εσωτερική θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 5,4 και 4,2℃ αντίστοιχα. Σε σύγκριση με το μονωτικό πάπλωμα από μονό άχυρο, το νέο σύνθετο μονωτικό πάπλωμα έχει τα πλεονεκτήματα του ελαφρού βάρους, του υψηλού ποσοστού μόνωσης, της ισχυρής αντοχής στην στεγανοποίηση και στη γήρανση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως νέος τύπος μονωτικού υλικού υψηλής απόδοσης για ηλιακά θερμοκήπια.

Ταυτόχρονα, σύμφωνα με την έρευνα για τα θερμομονωτικά υλικά για συσκευές συλλογής και αποθήκευσης θερμότητας θερμοκηπίων, διαπιστώθηκε επίσης ότι όταν το πάχος είναι το ίδιο, τα πολυστρωματικά σύνθετα θερμομονωτικά υλικά έχουν καλύτερη θερμομονωτική απόδοση από τα μεμονωμένα υλικά. Η ομάδα του καθηγητή Li Jianming από το Πανεπιστήμιο Northwest A&F σχεδίασε και εξέτασε 22 είδη θερμομονωτικών υλικών για συσκευές αποθήκευσης νερού θερμοκηπίου, όπως πλακέτα κενού, αεροτζέλ και ελαστικό βαμβάκι, και μέτρησε τις θερμικές τους ιδιότητες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύνθετο μονωτικό υλικό θερμομονωτικής επίστρωσης 80 mm + αεροτζέλ + ελαστικό-πλαστικό θερμομονωτικό βαμβάκι θα μπορούσε να μειώσει την απαγωγή θερμότητας κατά 0,367 MJ ανά μονάδα χρόνου σε σύγκριση με το ελαστικό-πλαστικό βαμβάκι 80 mm, και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας ήταν 0,283 W/(m2·k) όταν το πάχος του συνδυασμού μόνωσης ήταν 100 mm.

Το υλικό αλλαγής φάσης είναι ένα από τα πιο δημοφιλή στην έρευνα υλικών θερμοκηπίου. Το Πανεπιστήμιο Northwest A&F έχει αναπτύξει δύο είδη συσκευών αποθήκευσης υλικών αλλαγής φάσης: το ένα είναι ένα κουτί αποθήκευσης κατασκευασμένο από μαύρο πολυαιθυλένιο, το οποίο έχει μέγεθος 50cm×30cm×14cm (μήκος×ύψος×πάχος) και είναι γεμάτο με υλικά αλλαγής φάσης, έτσι ώστε να μπορεί να αποθηκεύει θερμότητα και να απελευθερώνει θερμότητα. Δεύτερον, αναπτύσσεται ένας νέος τύπος γυψοσανίδας αλλαγής φάσης. Η γυψοσανίδα αλλαγής φάσης αποτελείται από υλικό αλλαγής φάσης, πλάκα αλουμινίου, πλάκα αλουμινίου-πλαστικού και κράμα αλουμινίου. Το υλικό αλλαγής φάσης βρίσκεται στην πιο κεντρική θέση της γυψοσανίδας και οι προδιαγραφές του είναι 200mm×200mm×50mm. Είναι ένα κονιώδες στερεό πριν και μετά την αλλαγή φάσης και δεν υπάρχει φαινόμενο τήξης ή ροής. Τα τέσσερα τοιχώματα του υλικού αλλαγής φάσης είναι πλάκα αλουμινίου και πλάκα αλουμινίου-πλαστικού, αντίστοιχα. Αυτή η συσκευή μπορεί να πραγματοποιήσει τις λειτουργίες κυρίως αποθήκευσης θερμότητας κατά τη διάρκεια της ημέρας και κυρίως απελευθέρωσης θερμότητας τη νύχτα.

Συνεπώς, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα στην εφαρμογή ενός μόνο θερμομονωτικού υλικού, όπως η χαμηλή απόδοση θερμομόνωσης, η μεγάλη απώλεια θερμότητας, ο σύντομος χρόνος αποθήκευσης θερμότητας κ.λπ. Επομένως, η χρήση σύνθετου θερμομονωτικού υλικού ως θερμομονωτικό στρώμα και ως θερμομονωτικό στρώμα εσωτερικής και εξωτερικής θερμομόνωσης που καλύπτει τη συσκευή αποθήκευσης θερμότητας μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση θερμομόνωσης του θερμοκηπίου, να μειώσει την απώλεια θερμότητας του θερμοκηπίου και έτσι να επιτύχει το αποτέλεσμα της εξοικονόμησης ενέργειας.

Έρευνα και Εφαρμογή Νέου Τείχους

Ως ένα είδος δομής περίφραξης, ο τοίχος αποτελεί σημαντικό φράγμα για την προστασία του θερμοκηπίου από το κρύο και τη διατήρηση της θερμότητας. Ανάλογα με τα υλικά και τις δομές των τοίχων, η κατασκευή του βόρειου τοίχου του θερμοκηπίου μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: τον μονόστρωτο τοίχο από χώμα, τούβλα κ.λπ., και τον στρωματοποιημένο βόρειο τοίχο από τούβλα αργίλου, τούβλα, πλάκες πολυστυρενίου κ.λπ., με εσωτερική αποθήκευση θερμότητας και εξωτερική θερμομόνωση, και οι περισσότεροι από αυτούς τους τοίχους είναι χρονοβόροι και απαιτούν πολλή εργασία. Επομένως, τα τελευταία χρόνια, έχουν εμφανιστεί πολλοί νέοι τύποι τοίχων, οι οποίοι είναι εύκολοι στην κατασκευή και κατάλληλοι για γρήγορη συναρμολόγηση.

Η εμφάνιση νέων τύπων συναρμολογημένων τοίχων προωθεί την ταχεία ανάπτυξη συναρμολογημένων θερμοκηπίων, συμπεριλαμβανομένων σύνθετων τοίχων νέου τύπου με εξωτερικά αδιάβροχα και αντιγηραντικά επιφανειακά υλικά και υλικά όπως τσόχα, μαργαριταρένιο βαμβάκι, διαστημικό βαμβάκι, γυάλινο βαμβάκι ή ανακυκλωμένο βαμβάκι ως στρώματα θερμομόνωσης, όπως εύκαμπτοι συναρμολογημένοι τοίχοι από βαμβάκι που έχει συγκολληθεί με ψεκασμό στο Xinjiang. Επιπλέον, άλλες μελέτες έχουν επίσης αναφέρει τον βόρειο τοίχο συναρμολογημένου θερμοκηπίου με στρώμα αποθήκευσης θερμότητας, όπως μπλοκ κονιάματος κελύφους σιταριού γεμισμένο με τούβλα στο Xinjiang. Υπό το ίδιο εξωτερικό περιβάλλον, όταν η χαμηλότερη εξωτερική θερμοκρασία είναι -20,8℃, η θερμοκρασία στο ηλιακό θερμοκήπιο με σύνθετο τοίχο από μπλοκ κονιάματος κελύφους σιταριού είναι 7,5℃, ενώ η θερμοκρασία στο ηλιακό θερμοκήπιο με τοίχο από τούβλα-σκυρόδεμα είναι 3,2℃. Ο χρόνος συγκομιδής της ντομάτας σε θερμοκήπιο από τούβλα μπορεί να επιταχυνθεί κατά 16 ημέρες και η απόδοση του μεμονωμένου θερμοκηπίου μπορεί να αυξηθεί κατά 18,4%.

Η ομάδα εγκαταστάσεων του Πανεπιστημίου Northwest A&F πρότεινε την ιδέα σχεδιασμού της μετατροπής άχυρου, χώματος, νερού, πέτρας και υλικών αλλαγής φάσης σε θερμομονωτικές μονάδες και μονάδες αποθήκευσης θερμότητας από την οπτική γωνία του φωτός και του απλοποιημένου σχεδιασμού τοίχων, γεγονός που προώθησε την έρευνα εφαρμογής των αρθρωτών συναρμολογημένων τοίχων. Για παράδειγμα, σε σύγκριση με το συνηθισμένο θερμοκήπιο με τοίχο από τούβλα, η μέση θερμοκρασία στο θερμοκήπιο είναι 4,0℃ υψηλότερη σε μια τυπική ηλιόλουστη ημέρα. Τρία είδη ανόργανων μονάδων τσιμέντου αλλαγής φάσης, τα οποία είναι κατασκευασμένα από υλικό αλλαγής φάσης (PCM) και τσιμέντο, έχουν συσσωρεύσει θερμότητα 74,5, 88,0 και 95,1 MJ/m³, και απελευθέρωσε θερμότητα 59,8, 67,8 και 84,2 MJ/m³, αντίστοιχα. Έχουν τις λειτουργίες «κοπής αιχμής» κατά τη διάρκεια της ημέρας, «πλήρωσης κοιλάδας» τη νύχτα, απορρόφησης θερμότητας το καλοκαίρι και απελευθέρωσης θερμότητας τον χειμώνα.

Αυτοί οι νέοι τοίχοι συναρμολογούνται επί τόπου, με σύντομη περίοδο κατασκευής και μεγάλη διάρκεια ζωής, γεγονός που δημιουργεί τις προϋποθέσεις για την κατασκευή ελαφρών, απλοποιημένων και γρήγορα συναρμολογημένων προκατασκευασμένων θερμοκηπίων και μπορεί να προωθήσει σημαντικά τη δομική αναμόρφωση των θερμοκηπίων. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα ελαττώματα σε αυτό το είδος τοίχου, όπως ο τοίχος από θερμομονωτικό πάπλωμα από βαμβάκι με ψεκασμό που έχει εξαιρετική απόδοση θερμομόνωσης, αλλά δεν έχει χωρητικότητα αποθήκευσης θερμότητας, και το δομικό υλικό αλλαγής φάσης έχει το πρόβλημα του υψηλού κόστους χρήσης. Στο μέλλον, η έρευνα εφαρμογής των συναρμολογημένων τοίχων θα πρέπει να ενισχυθεί.

Η νέα ενέργεια, τα νέα υλικά και τα νέα σχέδια βοηθούν στην αλλαγή της δομής του θερμοκηπίου.

Η έρευνα και η καινοτομία σε νέες πηγές ενέργειας και νέα υλικά αποτελούν τη βάση για την καινοτομία στο σχεδιασμό θερμοκηπίων. Τα ηλιακά θερμοκήπια εξοικονόμησης ενέργειας και τα αψιδωτά υπόστεγα είναι οι μεγαλύτερες κατασκευές υπόστεγων στην αγροτική παραγωγή της Κίνας και παίζουν σημαντικό ρόλο στην αγροτική παραγωγή. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της κοινωνικής οικονομίας της Κίνας, οι αδυναμίες των δύο ειδών δομών εγκαταστάσεων παρουσιάζονται ολοένα και περισσότερο. Πρώτον, ο χώρος των δομών των εγκαταστάσεων είναι μικρός και ο βαθμός μηχανοποίησης χαμηλός. Δεύτερον, τα ηλιακά θερμοκήπια εξοικονόμησης ενέργειας έχουν καλή θερμομόνωση, αλλά η χρήση γης είναι χαμηλή, πράγμα που ισοδυναμεί με την αντικατάσταση της ενέργειας του θερμοκηπίου με γη. Τα συνηθισμένα αψιδωτά υπόστεγα όχι μόνο έχουν μικρό χώρο, αλλά έχουν και κακή θερμομόνωση. Αν και τα θερμοκήπια πολλαπλών ανοιγμάτων έχουν μεγάλο χώρο, έχουν κακή θερμομόνωση και υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Επομένως, είναι επιτακτική ανάγκη να ερευνηθεί και να αναπτυχθεί η δομή του θερμοκηπίου κατάλληλη για το τρέχον κοινωνικό και οικονομικό επίπεδο της Κίνας, και η έρευνα και ανάπτυξη νέων πηγών ενέργειας και νέων υλικών θα βοηθήσει την αλλαγή της δομής του θερμοκηπίου και την παραγωγή μιας ποικιλίας καινοτόμων μοντέλων ή κατασκευών θερμοκηπίου.

Καινοτόμος Έρευνα σε Ασύμμετρο Θερμοκήπιο Ζυθοποιίας Μεγάλου Εκτάσιμου με Ελεγχόμενο Νερό

Το ασύμμετρο θερμοκήπιο ζυθοποίησης μεγάλου ανοίγματος με ελεγχόμενο νερό (αριθμός ευρεσιτεχνίας: ZL 201220391214.2) βασίζεται στην αρχή του θερμοκηπίου ηλιακού φωτός, αλλάζοντας τη συμμετρική δομή του συνηθισμένου πλαστικού θερμοκηπίου, αυξάνοντας το νότιο άνοιγμα, αυξάνοντας την περιοχή φωτισμού της νότιας στέγης, μειώνοντας το βόρειο άνοιγμα και μειώνοντας την περιοχή απαγωγής θερμότητας, με άνοιγμα 18~24m και ύψος κορυφογραμμής 6~7m. Μέσω της καινοτομίας στο σχεδιασμό, η χωρική δομή έχει αυξηθεί σημαντικά. Ταυτόχρονα, τα προβλήματα της ανεπαρκούς θερμότητας στο θερμοκήπιο το χειμώνα και της κακής θερμομόνωσης των κοινών θερμομονωτικών υλικών επιλύονται με τη χρήση νέας τεχνολογίας θερμομονωτικών και θερμομονωτικών υλικών ζυθοποίησης βιομάζας. Τα αποτελέσματα της παραγωγής και της έρευνας δείχνουν ότι το θερμοκήπιο ζυθοποιίας μεγάλου ανοίγματος ασύμμετρου ελεγχόμενου νερού, με μέση θερμοκρασία 11,7℃ τις ηλιόλουστες ημέρες και 10,8℃ τις συννεφιασμένες ημέρες, μπορεί να καλύψει τη ζήτηση για ανάπτυξη καλλιεργειών τον χειμώνα, ενώ το κόστος κατασκευής του θερμοκηπίου μειώνεται κατά 39,6% και ο ρυθμός αξιοποίησης γης αυξάνεται κατά περισσότερο από 30% σε σύγκριση με αυτό του θερμοκηπίου από τούβλα πολυστυρενίου, το οποίο είναι κατάλληλο για περαιτέρω διάδοση και εφαρμογή στη λεκάνη απορροής του ποταμού Κίτρινου Χουαΐχε της Κίνας.

Συναρμολογημένο θερμοκήπιο ηλιακού φωτός

Το συναρμολογημένο θερμοκήπιο ηλιακού φωτός χρησιμοποιεί κολώνες και σκελετό στέγης ως φέρουσα δομή, και το υλικό του τοίχου είναι κυρίως θερμομονωτικό περίβλημα, αντί για έδρανα και παθητική αποθήκευση και απελευθέρωση θερμότητας. Κυρίως: (1) ένας νέος τύπος συναρμολογημένου τοίχου σχηματίζεται συνδυάζοντας διάφορα υλικά όπως επικαλυμμένη μεμβράνη ή έγχρωμη χαλύβδινη πλάκα, μπλοκ άχυρου, εύκαμπτο θερμομονωτικό πάπλωμα, μπλοκ κονιάματος κ.λπ. (2) σύνθετη σανίδα τοίχου από προκατασκευασμένη τσιμεντοσανίδα-πίνακα πολυστυρενίου-τσιμεντοσανίδα· (3) ελαφρύς και απλός τύπος συναρμολόγησης θερμομονωτικών υλικών με ενεργό σύστημα αποθήκευσης και απελευθέρωσης θερμότητας και σύστημα αφύγρανσης, όπως πλαστικός τετράγωνος κουβάς αποθήκευσης θερμότητας και αποθήκευση θερμότητας αγωγού. Η χρήση διαφορετικών νέων θερμομονωτικών υλικών και υλικών αποθήκευσης θερμότητας αντί του παραδοσιακού χωμάτινου τοίχου για την κατασκευή ηλιακού θερμοκηπίου έχει μεγάλο χώρο και μικρά έργα πολιτικού μηχανικού. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η θερμοκρασία του θερμοκηπίου τη νύχτα το χειμώνα είναι 4,5℃ υψηλότερη από αυτή του παραδοσιακού θερμοκηπίου με τοίχο από τούβλα και το πάχος του πίσω τοίχου είναι 166mm. Σε σύγκριση με το θερμοκήπιο από τούβλα πάχους 600 χιλιοστών, η καταλαμβανόμενη επιφάνεια του τοίχου μειώνεται κατά 72% και το κόστος ανά τετραγωνικό μέτρο είναι 334,5 γιουάν, το οποίο είναι 157,2 γιουάν χαμηλότερο από αυτό του θερμοκηπίου από τούβλα, ενώ το κόστος κατασκευής έχει μειωθεί σημαντικά. Επομένως, το συναρμολογημένο θερμοκήπιο έχει τα πλεονεκτήματα της λιγότερης καταστροφής καλλιεργήσιμης γης, της εξοικονόμησης γης, της γρήγορης ταχύτητας κατασκευής και της μεγάλης διάρκειας ζωής, και αποτελεί βασική κατεύθυνση για την καινοτομία και την ανάπτυξη ηλιακών θερμοκηπίων στο παρόν και στο μέλλον.

Συρόμενο θερμοκήπιο ηλιακού φωτός

Το ηλιακό θερμοκήπιο εξοικονόμησης ενέργειας, συναρμολογημένο με skateboard, που αναπτύχθηκε από το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Shenyang, χρησιμοποιεί το πίσω τοίχωμα του ηλιακού θερμοκηπίου για να σχηματίσει ένα σύστημα αποθήκευσης θερμότητας σε τοίχο με κυκλοφορία νερού για την αποθήκευση θερμότητας και την αύξηση της θερμοκρασίας, το οποίο αποτελείται κυρίως από μια πισίνα (32 τ.μ.)³), μια πλάκα συλλογής φωτός (360μ²), μια αντλία νερού, έναν σωλήνα νερού και έναν ελεγκτή. Το εύκαμπτο θερμομονωτικό κάλυμμα αντικαθίσταται από ένα νέο ελαφρύ υλικό χαλύβδινης πλάκας χρώματος πετροβάμβακα στην κορυφή. Η έρευνα δείχνει ότι αυτός ο σχεδιασμός λύνει αποτελεσματικά το πρόβλημα των αετωμάτων που εμποδίζουν το φως και αυξάνει την περιοχή εισόδου φωτός του θερμοκηπίου. Η γωνία φωτισμού του θερμοκηπίου είναι 41,5°, η οποία είναι σχεδόν 16° υψηλότερη από αυτή του θερμοκηπίου ελέγχου, βελτιώνοντας έτσι τον ρυθμό φωτισμού. Η κατανομή της εσωτερικής θερμοκρασίας είναι ομοιόμορφη και τα φυτά αναπτύσσονται ομαλά. Το θερμοκήπιο έχει τα πλεονεκτήματα της βελτίωσης της αποδοτικότητας της χρήσης γης, του ευέλικτου σχεδιασμού του μεγέθους του θερμοκηπίου και της μείωσης της περιόδου κατασκευής, κάτι που έχει μεγάλη σημασία για την προστασία των καλλιεργήσιμων γαιών και του περιβάλλοντος.

Φωτοβολταϊκό θερμοκήπιο

Το γεωργικό θερμοκήπιο είναι ένα θερμοκήπιο που ενσωματώνει την παραγωγή ηλιακής φωτοβολταϊκής ενέργειας, τον έξυπνο έλεγχο θερμοκρασίας και τη σύγχρονη φύτευση υψηλής τεχνολογίας. Υιοθετεί ένα χαλύβδινο σκελετό από οστό και καλύπτεται με ηλιακές φωτοβολταϊκές μονάδες για να εξασφαλίσει τις απαιτήσεις φωτισμού των φωτοβολταϊκών μονάδων παραγωγής ενέργειας και τις απαιτήσεις φωτισμού ολόκληρου του θερμοκηπίου. Το συνεχές ρεύμα που παράγεται από την ηλιακή ενέργεια συμπληρώνει άμεσα το φως των γεωργικών θερμοκηπίων, υποστηρίζει άμεσα την κανονική λειτουργία του εξοπλισμού του θερμοκηπίου, οδηγεί την άρδευση των υδάτινων πόρων, αυξάνει τη θερμοκρασία του θερμοκηπίου και προωθεί την ταχεία ανάπτυξη των καλλιεργειών. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες με αυτόν τον τρόπο θα επηρεάσουν την απόδοση φωτισμού της στέγης του θερμοκηπίου και στη συνέχεια θα επηρεάσουν την κανονική ανάπτυξη των λαχανικών του θερμοκηπίου. Επομένως, η ορθολογική διάταξη των φωτοβολταϊκών πάνελ στην οροφή του θερμοκηπίου γίνεται το βασικό σημείο εφαρμογής. Το γεωργικό θερμοκήπιο είναι το προϊόν του οργανικού συνδυασμού της γεωργίας αξιοθέατων και της κηπουρικής εγκαταστάσεων και είναι μια καινοτόμος γεωργική βιομηχανία που ενσωματώνει την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, την αγροτική αξιοθέατη, τις γεωργικές καλλιέργειες, την αγροτική τεχνολογία, το τοπίο και την πολιτιστική ανάπτυξη.

Καινοτόμος σχεδιασμός θερμοκηπίου με ενεργειακή αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών τύπων θερμοκηπίων

Ο Guo Wenzhong, ερευνητής στην Ακαδημία Γεωργικών και Δασικών Επιστημών του Πεκίνου, χρησιμοποιεί τη μέθοδο θέρμανσης της μεταφοράς ενέργειας μεταξύ θερμοκηπίων για να συλλέξει την υπόλοιπη θερμική ενέργεια σε ένα ή περισσότερα θερμοκήπια για να θερμάνει ένα ή περισσότερα θερμοκήπια. Αυτή η μέθοδος θέρμανσης πραγματοποιεί τη μεταφορά ενέργειας του θερμοκηπίου στο χρόνο και στο χώρο, βελτιώνει την ενεργειακή απόδοση της υπόλοιπης θερμικής ενέργειας του θερμοκηπίου και μειώνει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας θέρμανσης. Οι δύο τύποι θερμοκηπίων μπορεί να είναι διαφορετικοί τύποι θερμοκηπίων ή ο ίδιος τύπος θερμοκηπίου για φύτευση διαφόρων καλλιεργειών, όπως θερμοκήπια μαρουλιού και ντομάτας. Οι μέθοδοι συλλογής θερμότητας περιλαμβάνουν κυρίως την εξαγωγή θερμότητας εσωτερικού αέρα και την άμεση αναχαίτιση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Μέσω της συλλογής ηλιακής ενέργειας, της εξαναγκασμένης μεταφοράς μέσω εναλλάκτη θερμότητας και της εξαναγκασμένης εξαγωγής μέσω αντλίας θερμότητας, η πλεονάζουσα θερμότητα σε θερμοκήπιο υψηλής ενέργειας εξάγεται για τη θέρμανση του θερμοκηπίου.

συνοψίζω

Αυτά τα νέα ηλιακά θερμοκήπια έχουν τα πλεονεκτήματα της γρήγορης συναρμολόγησης, της μειωμένης διάρκειας κατασκευής και του βελτιωμένου ρυθμού αξιοποίησης της γης. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί περαιτέρω η απόδοση αυτών των νέων θερμοκηπίων σε διαφορετικές περιοχές και να δοθεί η δυνατότητα για τη μεγάλης κλίμακας διάδοση και εφαρμογή νέων θερμοκηπίων. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να ενισχύεται συνεχώς η εφαρμογή νέας ενέργειας και νέων υλικών στα θερμοκήπια, ώστε να παρέχεται ενέργεια για τη διαρθρωτική αναμόρφωση των θερμοκηπίων.

Μελλοντική προοπτική και σκέψη

Τα παραδοσιακά θερμοκήπια συχνά παρουσιάζουν ορισμένα μειονεκτήματα, όπως υψηλή κατανάλωση ενέργειας, χαμηλό ποσοστό αξιοποίησης γης, χρονοβόρα και εργατική κατανάλωση, χαμηλή απόδοση κ.λπ., τα οποία δεν μπορούν πλέον να καλύψουν τις ανάγκες παραγωγής της σύγχρονης γεωργίας και είναι αναπόφευκτο να εξαλειφθούν σταδιακά. Ως εκ τούτου, αποτελεί τάση ανάπτυξης η χρήση νέων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή ενέργεια, η ενέργεια βιομάζας, η γεωθερμική ενέργεια και η αιολική ενέργεια, νέων υλικών εφαρμογής θερμοκηπίου και νέων σχεδίων για την προώθηση της δομικής αλλαγής του θερμοκηπίου. Πρώτον, το νέο θερμοκήπιο που βασίζεται στη νέα ενέργεια και τα νέα υλικά δεν θα πρέπει μόνο να καλύπτει τις ανάγκες της μηχανοποιημένης λειτουργίας, αλλά και να εξοικονομεί ενέργεια, γη και κόστος. Δεύτερον, είναι απαραίτητο να διερευνάται συνεχώς η απόδοση των νέων θερμοκηπίων σε διαφορετικές περιοχές, ώστε να δημιουργηθούν οι συνθήκες για τη μεγάλης κλίμακας διάδοση των θερμοκηπίων. Στο μέλλον, θα πρέπει να αναζητήσουμε περαιτέρω νέα ενέργεια και νέα υλικά κατάλληλα για εφαρμογές θερμοκηπίου και να βρούμε τον καλύτερο συνδυασμό νέας ενέργειας, νέων υλικών και θερμοκηπίου, ώστε να καταστεί δυνατή η κατασκευή ενός νέου θερμοκηπίου με χαμηλό κόστος, σύντομη περίοδο κατασκευής, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και εξαιρετική απόδοση, να βοηθήσουμε στην αλλαγή της δομής του θερμοκηπίου και να προωθήσουμε την ανάπτυξη του εκσυγχρονισμού των θερμοκηπίων στην Κίνα.

Παρόλο που η εφαρμογή νέας ενέργειας, νέων υλικών και νέων σχεδίων στην κατασκευή θερμοκηπίων είναι μια αναπόφευκτη τάση, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά προβλήματα που πρέπει να μελετηθούν και να ξεπεραστούν: (1) Το κόστος κατασκευής αυξάνεται. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή θέρμανση με άνθρακα, φυσικό αέριο ή πετρέλαιο, η εφαρμογή νέας ενέργειας και νέων υλικών είναι φιλική προς το περιβάλλον και χωρίς ρύπανση, αλλά το κόστος κατασκευής αυξάνεται σημαντικά, γεγονός που έχει κάποιο αντίκτυπο στην ανάκτηση των επενδύσεων στην παραγωγή και τη λειτουργία. Σε σύγκριση με την αξιοποίηση της ενέργειας, το κόστος των νέων υλικών θα αυξηθεί σημαντικά. (2) Ασταθής αξιοποίηση της θερμικής ενέργειας. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της αξιοποίησης νέας ενέργειας είναι το χαμηλό λειτουργικό κόστος και οι χαμηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, αλλά η παροχή ενέργειας και θερμότητας είναι ασταθής και οι συννεφιασμένες ημέρες αποτελούν τον μεγαλύτερο περιοριστικό παράγοντα στην αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας. Κατά τη διαδικασία παραγωγής θερμότητας βιομάζας μέσω ζύμωσης, η αποτελεσματική αξιοποίηση αυτής της ενέργειας περιορίζεται από τα προβλήματα της χαμηλής θερμικής ενέργειας ζύμωσης, της δύσκολης διαχείρισης και ελέγχου και του μεγάλου χώρου αποθήκευσης για τη μεταφορά πρώτων υλών. (3) Ωριμότητα τεχνολογίας. Αυτές οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται από τη νέα ενέργεια και τα νέα υλικά αποτελούν προηγμένα ερευνητικά και τεχνολογικά επιτεύγματα και το πεδίο εφαρμογής και το πεδίο εφαρμογής τους εξακολουθούν να είναι αρκετά περιορισμένα. Δεν έχουν περάσει πολλές φορές, πολλές τοποθεσίες και επαλήθευση πρακτικής μεγάλης κλίμακας, και υπάρχουν αναπόφευκτα ορισμένες ελλείψεις και τεχνικό περιεχόμενο που πρέπει να βελτιωθούν στην εφαρμογή. Οι χρήστες συχνά αρνούνται την πρόοδο της τεχνολογίας λόγω των μικρών ελλείψεων. (4) Το ποσοστό διείσδυσης της τεχνολογίας είναι χαμηλό. Η ευρεία εφαρμογή ενός επιστημονικού και τεχνολογικού επιτεύγματος απαιτεί μια ορισμένη δημοτικότητα. Προς το παρόν, η νέα ενέργεια, η νέα τεχνολογία και η νέα τεχνολογία σχεδιασμού θερμοκηπίων βρίσκονται όλα στην ομάδα των επιστημονικών ερευνητικών κέντρων σε πανεπιστήμια με ορισμένες δυνατότητες καινοτομίας, και οι περισσότεροι τεχνικοί απαιτητές ή σχεδιαστές εξακολουθούν να μην το γνωρίζουν. Ταυτόχρονα, η διάδοση και η εφαρμογή των νέων τεχνολογιών εξακολουθεί να είναι αρκετά περιορισμένη επειδή ο βασικός εξοπλισμός των νέων τεχνολογιών είναι κατοχυρωμένος με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. (5) Η ενσωμάτωση της νέας ενέργειας, των νέων υλικών και του σχεδιασμού δομών θερμοκηπίων πρέπει να ενισχυθεί περαιτέρω. Επειδή η ενέργεια, τα υλικά και ο σχεδιασμός δομών θερμοκηπίων ανήκουν σε τρεις διαφορετικούς κλάδους, τα ταλέντα με εμπειρία στο σχεδιασμό θερμοκηπίων συχνά δεν έχουν έρευνα για την ενέργεια και τα υλικά που σχετίζονται με το θερμοκήπιο, και αντίστροφα. Συνεπώς, οι ερευνητές που σχετίζονται με την έρευνα ενέργειας και υλικών πρέπει να ενισχύσουν την έρευνα και την κατανόηση των πραγματικών αναγκών της ανάπτυξης της βιομηχανίας θερμοκηπίων, και οι σχεδιαστές κατασκευών θα πρέπει επίσης να μελετήσουν νέα υλικά και νέες μορφές ενέργειας για να προωθήσουν την βαθιά ενσωμάτωση των τριών σχέσεων, ώστε να επιτευχθεί ο στόχος της πρακτικής τεχνολογίας έρευνας για τα θερμοκήπια, του χαμηλού κόστους κατασκευής και της καλής χρήσης. Με βάση τα παραπάνω προβλήματα, προτείνεται η πολιτεία, οι τοπικές αυτοδιοικήσεις και τα επιστημονικά ερευνητικά κέντρα να εντείνουν την τεχνική έρευνα, να διεξάγουν εις βάθος κοινή έρευνα, να ενισχύσουν τη δημοσιότητα των επιστημονικών και τεχνολογικών επιτευγμάτων, να βελτιώσουν τη διάδοση των επιτευγμάτων και να υλοποιήσουν γρήγορα τον στόχο της νέας ενέργειας και των νέων υλικών για να βοηθήσουν στη νέα ανάπτυξη της βιομηχανίας θερμοκηπίων.

Αναφερόμενες πληροφορίες

Λι Τζιανμίνγκ, Σουν Γκουοτάο, Λι Χαοτζιέ, Λι Ρούι, Χου Γιξίν. Η νέα ενέργεια, τα νέα υλικά και ο νέος σχεδιασμός βοηθούν στη νέα επανάσταση του θερμοκηπίου [J]. Λαχανικά, 2022,(10):1-8.