Ли Јианминг, Сун Гуотао итд.Технологија пољопривредног инжењерства у пластеницима2022-11-21 17:42 Објављено у Пекингу

Последњих година, индустрија пластеника се снажно развија. Развој пластеника не само да побољшава стопу искоришћења земљишта и стопу производње пољопривредних производа, већ решава и проблем снабдевања воћем и поврћем у вансезони. Међутим, пластеници су се суочили и са невиђеним изазовима. Оригинални објекти, методе грејања и структурни облици створили су отпорност на околину и развој. Хитно су потребни нови материјали и нови дизајни како би се променила структура пластеника, а хитно су потребни и нови извори енергије како би се постигли циљеви уштеде енергије и заштите животне средине, као и повећала производња и приходи.

Овај чланак разматра тему „нова енергија, нови материјали, нови дизајн који ће помоћи новој револуцији стакленика“, укључујући истраживање и иновације соларне енергије, енергије биомасе, геотермалне енергије и других нових извора енергије у стакленицима, истраживање и примену нових материјала за покривање, топлотну изолацију, зидове и другу опрему, као и будуће перспективе и размишљања о новој енергији, новим материјалима и новом дизајну који ће помоћи реформи стакленика, како би се пружила референца за индустрију.

Развој пољопривреде засноване на објектима је политички захтев и неизбежан избор за спровођење духа важних инструкција и одлука централне владе. У 2020. години, укупна површина заштићене пољопривреде у Кини биће 2,8 милиона хектара², а производна вредност ће премашити 1 билион јуана. То је важан начин за побољшање производних капацитета пластеника како би се побољшале перформансе осветљења и топлотне изолације пластеника кроз нову енергију, нове материјале и нови дизајн пластеника. Постоје многи недостаци у традиционалној производњи у пластеницима, као што су угаљ, лож уље и други извори енергије који се користе за грејање и загревање у традиционалним пластеницима, што резултира великом количином диоксида, што озбиљно загађује животну средину, док природни гас, електрична енергија и други извори енергије повећавају трошкове рада пластеника. Традиционални материјали за складиштење топлоте за зидове пластеника су углавном глина и цигле, које много троше и узрокују озбиљну штету земљишним ресурсима. Ефикасност коришћења земљишта традиционалних соларних пластеника са земљаним зидом је само 40% ~ 50%, а обичан пластеник има лош капацитет складиштења топлоте, тако да не може да преживи зиму да би производио топло поврће у северној Кини. Стога, суштина промоције промена у стакленицима, или основних истраживања, лежи у дизајну стакленика, истраживању и развоју нових материјала и нове енергије. Овај чланак ће се фокусирати на истраживање и иновације нових извора енергије у стакленицима, сумирати статус истраживања нових извора енергије као што су соларна енергија, енергија биомасе, геотермална енергија, енергија ветра и нови транспарентни материјали за покривање, материјали за топлотну изолацију и материјали за зидове у стакленицима, анализирати примену нове енергије и нових материјала у изградњи нових стакленика и очекивати њихову улогу у будућем развоју и трансформацији стакленика.

Истраживање и иновације нових енергетских стакленика

Зелена нова енергија са највећим потенцијалом за пољопривредно коришћење укључује соларну енергију, геотермалну енергију и енергију биомасе, односно свеобухватно коришћење различитих нових извора енергије, како би се постигло ефикасно коришћење енергије учећи из међусобних предности.

соларна енергија/енергија

Технологија соларне енергије је нискоугљенични, ефикасан и одржив начин снабдевања енергијом и важна је компонента стратешких индустрија у развоју у Кини. Постаће неизбежан избор за трансформацију и унапређење енергетске структуре Кине у будућности. Са становишта коришћења енергије, сам стакленик је објекат за коришћење соларне енергије. Кроз ефекат стаклене баште, соларна енергија се сакупља у затвореном простору, температура стакленика се подиже и обезбеђује потребна топлота за раст усева. Главни извор енергије за фотосинтезу биљака у стакленику је директна сунчева светлост, што представља директно коришћење соларне енергије.

01 Фотонапонска производња енергије за производњу топлоте

Фотонапонска производња енергије је технологија која директно претвара светлосну енергију у електричну енергију на основу фотонапонског ефекта. Кључни елемент ове технологије је соларна ћелија. Када соларна енергија сија на низ соларних панела повезаних серијски или паралелно, полупроводничке компоненте директно претварају енергију сунчевог зрачења у електричну енергију. Фотонапонска технологија може директно претворити светлосну енергију у електричну енергију, складиштити електричну енергију путем батерија и грејати стакленик ноћу, али њена висока цена ограничава њен даљи развој. Истраживачка група је развила фотонапонски уређај за грејање од графена, који се састоји од флексибилних фотонапонских панела, свеобухватне машине за обрнуту контролу, акумулатора и графенског грејног штапа. У зависности од дужине линије садње, графенски грејни штап се закопава испод вреће са супстратом. Током дана, фотонапонски панели апсорбују сунчево зрачење да би генерисали електричну енергију и складиштили је у акумулатору, а затим се електрична енергија ослобађа ноћу за графенски грејни штап. У стварном мерењу, усваја се режим контроле температуре од 17℃ до 19℃. Радећи ноћу (20:00-08:00 другог дана) током 8 сати, потрошња енергије за загревање једног реда биљака је 1,24 kW·h, а просечна температура вреће са супстратом ноћу је 19,2 ℃, што је 3,5 ~ 5,3 ℃ више него код контролне групе. Ова метода грејања у комбинацији са фотонапонском производњом енергије решава проблеме високе потрошње енергије и високог загађења код грејања пластеника зими.

02 фототермална конверзија и коришћење

Соларна фототермална конверзија односи се на употребу посебне површине за сакупљање сунчеве светлости направљене од материјала за фототермалну конверзију како би се сакупила и апсорбовала што је више могуће сунчеве енергије која се зрачи на њу и претворила у топлотну енергију. У поређењу са соларним фотонапонским применама, соларне фототермалне примене повећавају апсорпцију блиског инфрацрвеног опсега, тако да имају већу ефикасност искоришћења енергије сунчеве светлости, ниже трошкове и зрелу технологију, и представљају најчешће коришћени начин коришћења соларне енергије.

Најзрелија технологија фототермалне конверзије и коришћења у Кини је соларни колектор, чија је основна компонента језгро од плоче која апсорбује топлоту са селективним апсорпционим премазом, које може да претвори енергију сунчевог зрачења која пролази кроз поклопну плочу у топлотну енергију и да је пренесе на радни медијум који апсорбује топлоту. Соларни колектори се могу поделити у две категорије према томе да ли постоји вакуумски простор у колектору или не: равни соларни колектори и вакуумски цевни соларни колектори; концентрујући соларни колектори и неконцентрујући соларни колектори према томе да ли сунчево зрачење на отвору за дневно светло мења смер; и течни соларни колектори и ваздушни соларни колектори према врсти радног медијума за пренос топлоте.

Коришћење соларне енергије у пластеницима се углавном врши путем различитих врста соларних колектора. Универзитет Ибн Зор у Мароку развио је активни систем грејања соларном енергијом (ASHS) за загревање пластеника, који може повећати укупну производњу парадајза за 55% зими. Кинески пољопривредни универзитет је пројектовао и развио сет система за сакупљање и испуштање површинског хладњака и вентилатора, са капацитетом сакупљања топлоте од 390,6 до 693,0 MJ, и изнео идеју о одвајању процеса сакупљања топлоте од процеса складиштења топлоте помоћу топлотне пумпе. Универзитет у Барију у Италији развио је полигенерацијски систем грејања за пластеник, који се састоји од система соларне енергије и топлотне пумпе ваздух-вода, и може повећати температуру ваздуха за 3,6% и температуру земљишта за 92%. Истраживачка група је развила врсту активне опреме за сакупљање соларне топлоте са променљивим углом нагиба за соларни пластеник и помоћни уређај за складиштење топлоте за водене површине пластеника у различитим временским условима. Технологија активног сакупљања соларне топлоте са променљивим нагибом превазилази ограничења традиционалне опреме за сакупљање топлоте у пластеницима, као што су ограничен капацитет сакупљања топлоте, сенчење и заузимање обрађеног земљишта. Коришћењем посебне структуре соларног стакленика, простор стакленика који није намењен за садњу се у потпуности користи, што значајно побољшава ефикасност коришћења простора стакленика. Под типичним сунчаним радним условима, активни систем за сакупљање соларне топлоте са променљивим нагибом достиже 1,9 MJ/(m2h), ефикасност коришћења енергије достиже 85,1%, а стопа уштеде енергије је 77%. У технологији складиштења топлоте у стакленику, постављена је вишефазна променљива структура складиштења топлоте, повећан је капацитет складиштења топлоте уређаја за складиштење топлоте и остварено је споро ослобађање топлоте из уређаја, како би се остварило ефикасно коришћење топлоте коју сакупља опрема за сакупљање соларне топлоте у стакленику.

енергија биомасе

Нова структура објекта је изграђена комбиновањем уређаја за производњу топлоте из биомасе са стаклеником, а сировине биомасе као што су свињски стајњак, остаци печурака и слама се компостирају да би се произвела топлота, а генерисана топлотна енергија се директно доводи у стакленик [5]. У поређењу са стаклеником без резервоара за грејање ферментацијом биомасе, стакленик са грејањем може ефикасно повећати температуру тла у стакленику и одржавати одговарајућу температуру корена усева узгајаних у земљишту у нормалној клими зими. Узимајући за пример једнослојни асиметрични термоизолациони стакленик распона 17 м и дужине 30 м, додавање 8 м пољопривредног отпада (помешано парадајз слама и свињски стајњак) у унутрашњи резервоар за ферментацију за природну ферментацију без окретања гомиле може повећати просечну дневну температуру стакленика за 4,2 ℃ зими, а просечна дневна минимална температура може достићи 4,6 ℃.

Контролисана ферментација искоришћавањем енергије биомасе је метода ферментације која користи инструменте и опрему за контролу процеса ферментације како би се брзо добила и ефикасно искористила топлотна енергија биомасе и гасовито ђубриво CO2, међу којима су вентилација и влага кључни фактори за регулисање производње топлоте и гаса ферментацијом биомасе. У условима вентилације, аеробни микроорганизми у гомили ферментације користе кисеоник за животне активности, а део генерисане енергије користи се за њихове животне активности, а део енергије се ослобађа у околину као топлотна енергија, што је корисно за пораст температуре околине. Вода учествује у целом процесу ферментације, обезбеђујући неопходне растворљиве хранљиве материје за микробне активности, а истовремено ослобађајући топлоту гомиле у облику паре кроз воду, како би се смањила температура гомиле, продужио живот микроорганизама и повећала температура гомиле. Инсталирање уређаја за испирање сламе у резервоару за ферментацију може повећати унутрашњу температуру за 3 ~ 5℃ зими, ојачати фотосинтезу биљака и повећати принос парадајза за 29,6%.

Геотермална енергија

Кина је богата геотермалним ресурсима. Тренутно, најчешћи начин коришћења геотермалне енергије за пољопривредне објекте јесте коришћење геотермалне пумпе, која може да пређе са нискоквалитетне топлотне енергије на висококвалитетну топлотну енергију уношењем мале количине висококвалитетне енергије (као што је електрична енергија). За разлику од традиционалних мера грејања пластеника, грејање геотермалном топлотном пумпом не само да може постићи значајан ефекат грејања, већ има и могућност хлађења пластеника и смањења влажности у пластенику. Истраживање примене геотермалне топлотне пумпе у области стамбене изградње је зрело. Кључни део који утиче на капацитет грејања и хлађења геотермалне топлотне пумпе је подземни модул за размену топлоте, који углавном укључује закопане цеви, подземне бунаре итд. Како пројектовати подземни систем за размену топлоте са уравнотеженим трошковима и ефектом увек је био фокус истраживања овог дела. Истовремено, промена температуре подземног слоја тла при примени геотермалне топлотне пумпе такође утиче на ефекат коришћења система топлотне пумпе. Коришћење геотермалне топлотне пумпе за хлађење стакленика лети и складиштење топлотне енергије у дубоком слоју земљишта може ублажити пад температуре подземног слоја земљишта и побољшати ефикасност производње топлоте геотермалне топлотне пумпе зими.

Тренутно, у истраживању перформанси и ефикасности геотермалних топлотних пумпи, кроз стварне експерименталне податке, успостављен је нумерички модел помоћу софтвера као што су TOUGH2 и TRNSYS, и закључено је да грејне перформансе и коефицијент перформанси (COP) геотермалних топлотних пумпи могу достићи 3,0 ~ 4,5, што има добар ефекат хлађења и грејања. У истраживању стратегије рада система топлотних пумпи, Фу Јунжун и други су открили да, у поређењу са протоком на страни оптерећења, проток на страни земље има већи утицај на перформансе јединице и перформансе преноса топлоте закопане цеви. Под условом подешавања протока, максимална вредност COP јединице може достићи 4,17 усвајањем шеме рада са радом од 2 сата и заустављањем од 2 сата; Ши Хуиксијан и други су усвојили режим повременог рада система за хлађење са акумулацијом воде. Лети, када је температура висока, COP целог система за снабдевање енергијом може достићи 3,80.

Технологија складиштења топлоте у дубоком тлу у пластеницима

Дубоко складиштење топлоте у земљишту у пластенику се назива и „складиште топлоте“. Оштећења од хладноће зими и високе температуре лети су главне препреке производњи у пластеницима. На основу великог капацитета складиштења топлоте дубоког земљишта, истраживачка група је пројектовала подземни уређај за дубоко складиштење топлоте у пластенику. Уређај је двослојни паралелни цевовод за пренос топлоте закопан на дубини од 1,5 до 2,5 м под земљом у пластенику, са улазом за ваздух на врху пластеника и излазом за ваздух на земљи. Када је температура у пластенику висока, унутрашњи ваздух се присилно пумпа у земљу помоћу вентилатора како би се остварило складиштење топлоте и смањење температуре. Када је температура пластеника ниска, топлота се извлачи из земљишта како би се загрејао пластеник. Резултати производње и примене показују да уређај може повећати температуру у пластенику за 2,3 ℃ током зимске ноћи, смањити унутрашњу температуру за 2,6 ℃ током летњег дана и повећати принос парадајза за 1500 кг на 667 м².²Уређај у потпуности користи карактеристике „топло зими и хладно лети“ и „константну температуру“ дубоког подземног тла, обезбеђује „енергетску резерву“ за стакленик и континуирано обавља помоћне функције хлађења и грејања стакленика.

Координација више енергија

Коришћење две или више врста енергије за грејање стакленика може ефикасно надокнадити недостатке једне врсте енергије и омогућити ефекат суперпозиције „један плус један је веће од два“. Комплементарна сарадња између геотермалне енергије и соларне енергије је истраживачка жаришта нових начина коришћења енергије у пољопривредној производњи последњих година. Еми и др. су проучавали систем енергије са више извора (слика 1), који је опремљен фотонапонско-термалним хибридним соларним колектором. У поређењу са уобичајеним системом топлотне пумпе ваздух-вода, енергетска ефикасност система енергије са више извора је побољшана за 16%~25%. Женг и др. су развили нови тип спојеног система за складиштење топлоте соларне енергије и топлотне пумпе земља-вода. Систем соларних колектора може остварити висококвалитетно сезонско складиштење топлоте, односно висококвалитетно грејање зими и висококвалитетно хлађење лети. Укопани цевни измењивач топлоте и повремени резервоар за складиштење топлоте могу добро да раде у систему, а COP вредност система може достићи 6,96.

У комбинацији са соларном енергијом, циљ је смањење потрошње комерцијалне енергије и побољшање стабилности снабдевања соларном енергијом у пластеницима. Ван Ја и др. су предложили нову шему интелигентне технологије управљања која комбинује производњу соларне енергије са комерцијалном енергијом за грејање пластеника, што може да користи фотонапонску енергију када има светлости и да је претвори у комерцијалну енергију када нема светлости, значајно смањујући стопу недостатка снаге оптерећења и смањујући економске трошкове без коришћења батерија.

Соларна енергија, енергија биомасе и електрична енергија могу заједно грејати пластенике, што такође може постићи високу ефикасност грејања. Жанг Лиангруи и други су комбиновали сакупљање топлоте помоћу соларне вакуумске цеви са резервоаром воде за складиштење топлоте из долине. Систем грејања пластеника има добар термички комфор, а просечна ефикасност система је 68,70%. Електрични резервоар воде за складиштење топлоте је уређај за складиштење воде за грејање на биомасу са електричним грејањем. Подешава се најнижа температура воде на улазу на крају грејања, а стратегија рада система се одређује према температури складиштења воде у делу за сакупљање соларне топлоте и делу за складиштење топлоте биомасе, како би се постигла стабилна температура грејања на крају грејања и максимално уштедела електрична енергија и енергетски материјали биомасе.

Иновативно истраживање и примена нових материјала за стакленике

Са ширењем површине пластеника, све више се откривају недостаци примене традиционалних материјала за пластенике, као што су цигла и земља. Стога, како би се додатно побољшале термичке перформансе пластеника и задовољиле потребе развоја модерних пластеника, спроведена су бројна истраживања и примене нових провидних материјала за покривање, материјала за топлотну изолацију и материјала за зидове.

Истраживање и примена нових транспарентних материјала за покривање

Врсте провидних материјала за покривање стакленика углавном укључују пластичну фолију, стакло, соларне панеле и фотонапонске панеле, међу којима пластична фолија има највећу област примене. Традиционална ПЕ фолија за стакленике има недостатке кратког века трајања, недеградације и једноструке функције. Тренутно је развијен низ нових функционалних фолија додавањем функционалних реагенса или премаза.

Филм за конверзију светлости:Филм за конверзију светлости мења оптичка својства филма коришћењем средстава за конверзију светлости као што су ретки земни материјали и наноматеријали, и може претворити ултраљубичасти део светлости у црвено-наранџасту светлост и плаво-љубичасту светлост потребну за фотосинтезу биљака, чиме се повећава принос усева и смањују штета ултраљубичастог зрачења на усеве и фолије у пластеницима. На пример, широкопојасна љубичасто-црвена фолија за пластеник са средством за конверзију светлости VTR-660 може значајно побољшати инфрацрвену трансмисију када се примени у пластенику, а у поређењу са контролним пластеником, принос парадајза по хектару, садржај витамина Ц и ликопена су значајно повећани за 25,71%, 11,11% и 33,04% респективно. Међутим, тренутно је потребно испитати век трајања, разградивост и трошкове новог филма за конверзију светлости.

Распршено стаклоРаспршено стакло у пластеницима је посебан шаблон и технологија против рефлексије на површини стакла, која може максимизирати сунчеву светлост у распршену светлост и улазак у пластеник, побољшати ефикасност фотосинтезе усева и повећати принос усева. Распршено стакло претвара светлост која улази у пластеник у распршену светлост кроз посебне шаблоне, а распршена светлост може бити равномерније зрачена у пластеник, елиминишући утицај сенке скелета на пластеник. У поређењу са обичним флоат стаклом и ултра-белим флоат стаклом, стандард пропустљивости светлости распршеног стакла је 91,5%, а код обичног флоат стакла је 88%. За свако повећање пропустљивости светлости унутар пластеника од 1%, принос се може повећати за око 3%, а растворљиви шећер и витамин Ц у воћу и поврћу су повећани. Распршено стакло у пластеницима је прво премазано, а затим каљено, а стопа самоексплозије је већа од националног стандарда, достижући 2‰.

Истраживање и примена нових материјала за топлотну изолацију

Традиционални материјали за топлотну изолацију у пластеницима углавном укључују сламнате простирке, папирне прекриваче, иглане филцане термоизолационе прекриваче итд., који се углавном користе за унутрашњу и спољашњу топлотну изолацију кровова, изолацију зидова и топлотну изолацију неких уређаја за складиштење и сакупљање топлоте. Већина њих има ману губитка топлотних изолационих перформанси због унутрашње влаге након дуготрајне употребе. Стога постоје многе примене нових висококвалитетних топлотноизолационих материјала, међу којима су нови термоизолациони прекривачи, уређаји за складиштење и сакупљање топлоте у фокусу истраживања.

Нови материјали за топлотну изолацију се обично праве обрадом и комбиновањем површински водоотпорних и материјала отпорних на старење, као што су ткана фолија и обложени филц, са пахуљастим материјалима за топлотну изолацију као што су памук обложен прскањем, разни кашмир и бисерни памук. На североистоку Кине тестиран је ткани филм обложен памучном термоизолационом прекривачом. Утврђено је да је додавање 500 г памука обложеног прскањем еквивалентно перформансама топлотне изолације црног филца са прскањем од 4500 г на тржишту. Под истим условима, перформансе топлотне изолације памука обложеног прскањем од 700 г побољшане су за 1~2℃ у поређењу са перформансама памучног термоизолационог прекривача са прскањем од 500 г. Истовремено, друге студије су такође откриле да је, у поређењу са уобичајено коришћеним термоизолационим прекривачима на тржишту, ефекат топлотне изолације памука обложеног прскањем и разних кашмирских термоизолационих прекривача бољи, са стопама топлотне изолације од 84,0% и 83,3% респективно. Када је најнижа спољна температура -24,4℃, унутрашња температура може достићи 5,4 и 4,2℃ респективно. У поређењу са изолационим покривачем од једног сламнатог ћебета, нови композитни изолациони покривач има предности мале тежине, високе стопе изолације, јаке водоотпорности и отпорности на старење, и може се користити као нови тип високоефикасног изолационог материјала за соларне пластенике.

Истовремено, према истраживању материјала за топлотну изолацију за уређаје за сакупљање и складиштење топлоте у пластеницима, такође је утврђено да када је дебљина исте, вишеслојни композитни материјали за топлотну изолацију имају боље перформансе топлотне изолације од једнослојних материјала. Тим професора Ли Ђианминга са Северозападног универзитета A&F пројектовао је и прегледао 22 врсте материјала за топлотну изолацију уређаја за складиштење воде у пластеницима, као што су вакуумске плоче, аерогел и гумена вата, и измерио њихова термичка својства. Резултати су показали да композитни изолациони материјал од 80 мм премаза за топлотну изолацију + аерогел + гумено-пластична вата за топлотну изолацију може смањити расипање топлоте за 0,367 MJ по јединици времена у поређењу са 80 мм гумено-пластичне вату, а његов коефицијент преноса топлоте је био 0,283 W/(m2·k) када је дебљина комбинације изолације била 100 мм.

Фазно променљиви материјал је једна од најважнијих области у истраживању материјала за стакленике. Северозападни универзитет A&F развио је две врсте уређаја за складиштење фазно променљивог материјала: један је кутија за складиштење направљена од црног полиетилена, димензија 50 цм × 30 цм × 14 цм (дужина × висина × дебљина) и испуњена је фазно променљивим материјалима, тако да може да складишти и ослобађа топлоту; Друго, развијен је нови тип фазно променљиве зидне плоче. Фазно променљива зидна плоча се састоји од фазно променљивог материјала, алуминијумске плоче, алуминијум-пластичне плоче и легуре алуминијума. Фазно променљиви материјал се налази у најцентралнијем положају зидне плоче, а његове спецификације су 200 мм × 200 мм × 50 мм. Пре и после фазне промене је прашкаста чврста супстанца и нема феномена топљења или течења. Четири зида фазно променљивог материјала су алуминијумска плоча и алуминијум-пластична плоча, респективно. Овај уређај може да оствари функције углавном складиштења топлоте током дана и углавном ослобађања топлоте ноћу.

Стога постоје неки проблеми у примени једног материјала за топлотну изолацију, као што су ниска ефикасност топлотне изолације, велики губитак топлоте, кратко време складиштења топлоте итд. Стога, коришћење композитног материјала за топлотну изолацију као слоја топлотне изолације и унутрашњег и спољашњег слоја топлотне изолације који покрива уређај за складиштење топлоте може ефикасно побољшати перформансе топлотне изолације стакленика, смањити губитак топлоте стакленика и тиме постићи ефекат уштеде енергије.

Истраживање и примена новог зида

Као врста ограђивајуће конструкције, зид је важна баријера за заштиту стакленика од хладноће и очување топлоте. Према материјалима и структурама зидова, развој северног зида стакленика може се поделити на три типа: једнослојни зид направљен од земље, цигле итд. и слојевити северни зид направљен од глинених цигли, блок цигли, полистиренских плоча итд., са унутрашњим складиштењем топлоте и спољашњом топлотном изолацијом, а већина ових зидова је дуготрајна и захтева много рада; стога су се последњих година појавиле многе нове врсте зидова, које је лако градити и погодне су за брзу монтажу.

Појава новог типа монтажних зидова подстиче брзи развој монтажних пластеника, укључујући нови тип композитних зидова са спољним водоотпорним и анти-старећим површинским материјалима и материјалима као што су филц, бисерни памук, свемирски памук, стаклени памук или рециклирани памук као слојеви топлотне изолације, као што су флексибилни монтажни зидови од памука везаног прскањем у Синђангу. Поред тога, друге студије су такође известиле о северном зиду монтажног пластеника са слојем за складиштење топлоте, као што је блок од малтера пуњен циглом у Синђангу. У истом спољашњем окружењу, када је најнижа спољна температура -20,8 ℃, температура у соларном пластенику са композитним зидом од малтера од блокова од љуски пшенице је 7,5 ℃, док је температура у соларном пластенику са зидом од цигле и бетона 3,2 ℃. Време бербе парадајза у пластенику од цигле може се унапредити за 16 дана, а принос једног пластеника може се повећати за 18,4%.

Тим објекта Универзитета Северозападни А&Ф изнео је идеју дизајна о претварању сламе, земље, воде, камена и материјала за промену фазе у модуле за топлотну изолацију и складиштење топлоте из угла светлости и поједностављеног дизајна зида, што је промовисало истраживање примене модуларног склопљеног зида. На пример, у поређењу са обичним стаклеником са зидовима од цигле, просечна температура у стакленику је 4,0℃ виша током типичног сунчаног дана. Три врсте модула од неорганског цемента за промену фазе, који су направљени од материјала за промену фазе (PCM) и цемента, акумулирали су топлоту од 74,5, 88,0 и 95,1 MJ/m².³, и ослобођена топлота од 59,8, 67,8 и 84,2 MJ/m³, респективно. Они имају функције „сечења врхова“ дању, „попуњавања долине“ ноћу, апсорбовања топлоте лети и ослобађања топлоте зими.

Ови нови зидови се склапају на лицу места, са кратким периодом изградње и дугим веком трајања, што ствара услове за изградњу лаких, поједностављених и брзо склопивих префабрикованих пластеника и може значајно промовисати структурну реформу пластеника. Међутим, постоје неки недостаци код ове врсте зидова, као што је зид од термоизолационог јоргана везаног прскањем памука који има одличне перформансе топлотне изолације, али му недостаје капацитет складиштења топлоте, а грађевински материјал са променом фазе има проблем високих трошкова употребе. У будућности би требало ојачати истраживање примене склопљених зидова.

Нова енергија, нови материјали и нови дизајни помажу промени структуре стакленика.

Истраживање и иновације нових извора енергије и нових материјала пружају основу за иновације у дизајну стакленика. Соларни стакленици који штеде енергију и лучне шупе су највеће шупе у пољопривредној производњи Кине и играју важну улогу у пољопривредној производњи. Међутим, са развојем кинеске соларне економије, све више се појављују недостаци ове две врсте објеката. Прво, простор објеката је мали, а степен механизације низак; Друго, соларни стакленик који штеди енергију има добру топлотну изолацију, али је коришћење земљишта мало, што је еквивалентно замени енергије стакленика земљиштем. Обичан лучни стакленик не само да има мали простор, већ има и лошу топлотну изолацију. Иако вишеделни стакленик има велики простор, има лошу топлотну изолацију и велику потрошњу енергије. Стога је императив истраживати и развијати структуру стакленика која одговара тренутном друштвеном и економском нивоу Кине, а истраживање и развој нових извора енергије и нових материјала помоћи ће промени структуре стакленика и произвести разне иновативне моделе или структуре стакленика.

Иновативно истраживање асиметричног водом контролисаног стакленика за производњу пива великог распона

Асиметрични стакленик са контролом производње пива великог распона и водом (број патента: ZL 201220391214.2) заснован је на принципу стакленика са сунчевом светлошћу, мењајући симетричну структуру обичног пластичног стакленика, повећавајући јужни распон, повећавајући површину осветљења јужног крова, смањујући северни распон и смањујући површину одвођења топлоте, са распоном од 18~24м и висином гребена од 6~7м. Захваљујући иновацијама у дизајну, просторна структура је значајно повећана. Истовремено, проблеми недовољне топлоте у стакленику зими и лоше топлотне изолације уобичајених материјала за топлотну изолацију решени су употребом нове технологије производње биомасе за производњу топлоте и материјала за топлотну изолацију. Резултати производње и истраживања показују да асиметрични стакленик за варење пива са контролом воде и великим распоном, са просечном температуром од 11,7 ℃ током сунчаних и 10,8 ℃ током облачних дана, може да задовољи потребе за растом усева током зиме, а трошкови изградње стакленика су смањени за 39,6%, а стопа искоришћења земљишта је повећана за више од 30% у поређењу са стаклеником са зидовима од полистиренске цигле, што је погодно за даљу популаризацију и примену у сливу реке Жута Хуаихе у Кини.

Склопљени стакленик са сунчевом светлошћу

Склопљени стакленик на сунчевој светлости користи стубове и кровни скелет као носећу конструкцију, а материјал његових зидова је углавном топлотноизолациони омотач, уместо носећег и пасивног складиштења и ослобађања топлоте. Углавном: (1) нови тип склопљеног зида формиран је комбиновањем различитих материјала као што су обложени филм или челична плоча у боји, блокови сламе, флексибилни термоизолациони прекривач, малтерски блокови итд. (2) композитне зидне плоче направљене од префабрикованих цементних плоча-полистиренских плоча-цементних плоча; (3) Лаган и једноставан тип термоизолационих материјала за монтажу са активним системом за складиштење и ослобађање топлоте и системом за одвлаживање, као што су пластичне квадратне канте за складиштење топлоте и цевоводне цеви. Коришћење различитих нових материјала за топлотну изолацију и материјала за складиштење топлоте уместо традиционалног земљаног зида за изградњу соларног стакленика захтева велики простор и мале грађевинске инжењерске потребе. Експериментални резултати показују да је температура стакленика ноћу зими 4,5℃ виша него код традиционалног стакленика са зидовима од цигле, а дебљина задњег зида је 166 мм. У поређењу са стаклеником са зидом од цигле дебљине 600 мм, заузета површина зида је смањена за 72%, а цена по квадратном метру је 334,5 јуана, што је 157,2 јуана мање од цене стакленика са зидом од цигле, а трошкови изградње су значајно смањени. Стога, склопљени стакленик има предности мањег уништавања обрађеног земљишта, уштеде земљишта, брзе изградње и дугог века трајања, и представља кључни правац за иновације и развој соларних стакленика сада и у будућности.

Клизни стакленик са сунчевом светлошћу

Соларни стакленик који штеди енергију, састављен од скејтборда, који је развио Пољопривредни универзитет у Шенјангу, користи задњи зид соларног стакленика за формирање система за складиштење топлоте са циркулишућом водом и подизање температуре, који се углавном састоји од базена (32 м²)³), плоча за сакупљање светлости (360 м²), водену пумпу, водоводну цев и контролер. Флексибилни термоизолациони прекривач је замењен новим лаганим челичним плочастим материјалом боје камене вуне на врху. Истраживање показује да овај дизајн ефикасно решава проблем забатних зидова који блокирају светлост и повећава површину улаза светлости у пластеник. Угао осветљења пластеника је 41,5°, што је скоро 16° више него код контролног пластеника, чиме се побољшава брзина осветљења. Расподела температуре у затвореном простору је равномерна, а биљке уредно расту. Пластеник има предности побољшања ефикасности коришћења земљишта, флексибилног пројектовања величине пластеника и скраћивања периода изградње, што је од великог значаја за заштиту обрађених земљишних ресурса и животне средине.

Фотонапонски стакленик

Пољопривредни стакленик је стакленик који интегрише производњу соларне фотонапонске енергије, интелигентну контролу температуре и модерну високотехнолошку садњу. Користи челични коштани оквир и прекривен је соларним фотонапонским модулима како би се осигурале потребе за осветљењем фотонапонских модула за производњу енергије и потребе за осветљењем целог стакленика. Једносмерна струја коју генерише соларна енергија директно допуњује светлост пољопривредних стакленика, директно подржава нормалан рад опреме за стакленике, покреће наводњавање водних ресурса, повећава температуру стакленика и подстиче брз раст усева. Фотонапонски модули на овај начин утичу на ефикасност осветљења крова стакленика, а затим утичу на нормалан раст поврћа у стакленику. Стога, рационалан распоред фотонапонских панела на крову стакленика постаје кључна тачка примене. Пољопривредни стакленик је производ органске комбинације туристичке пољопривреде и баштованства, и представља иновативну пољопривредну индустрију која интегрише производњу фотонапонске енергије, пољопривредно разгледање, пољопривредне усеве, пољопривредну технологију, пејзаж и културни развој.

Иновативни дизајн групе пластеника са енергетском интеракцијом између различитих типова пластеника

Гуо Венџонг, истраживач на Пекиншкој академији пољопривредних и шумарских наука, користи метод грејања преноса енергије између пластеника како би сакупио преосталу топлотну енергију у једном или више пластеника ради загревања другог или више пластеника. Овај метод грејања остварује пренос енергије пластеника у времену и простору, побољшава ефикасност коришћења енергије преостале топлотне енергије пластеника и смањује укупну потрошњу енергије за грејање. Две врсте пластеника могу бити различите врсте пластеника или иста врста пластеника за садњу различитих усева, као што су пластеници са зеленом салатом и парадајзом. Методе сакупљања топлоте углавном укључују извлачење топлоте из унутрашњег ваздуха и директно пресретање упадног зрачења. Кроз сакупљање соларне енергије, присилну конвекцију измењивачем топлоте и присилну екстракцију топлотном пумпом, вишак топлоте у високоенергетском пластенику је извучен за грејање пластеника.

сумирати

Ови нови соларни стакленици имају предности брзе монтаже, скраћеног периода изградње и побољшане стопе искоришћења земљишта. Стога је неопходно даље истражити перформансе ових нових стакленика у различитим областима и пружити могућност за популаризацију и примену нових стакленика у великим размерама. Истовремено, неопходно је континуирано јачати примену нове енергије и нових материјала у стакленицима, како би се обезбедила енергија за структурну реформу стакленика.

Будуће перспективе и размишљање

Традиционални пластеници често имају неке недостатке, као што су висока потрошња енергије, ниска стопа искоришћења земљишта, дуготрајност и радна снага, лоше перформансе итд., које више не могу да задовоље производне потребе модерне пољопривреде и које ће постепено бити елиминисане. Стога је тренд развоја коришћење нових извора енергије као што су соларна енергија, енергија биомасе, геотермална енергија и енергија ветра, нови материјали за примену у пластеницима и нови дизајни како би се промовисале структурне промене пластеника. Пре свега, нови пластеник покретан новом енергијом и новим материјалима не само да треба да задовољи потребе механизованог рада, већ и да уштеди енергију, земљиште и трошкове. Друго, неопходно је стално истраживати перформансе нових пластеника у различитим областима, како би се обезбедили услови за популаризацију пластеника у великим размерама. У будућности би требало даље тражити нову енергију и нове материјале погодне за примену у пластеницима и пронаћи најбољу комбинацију нове енергије, нових материјала и пластеника, како би се омогућила изградња новог пластеника са ниском ценом, кратким периодом изградње, ниском потрошњом енергије и одличним перформансама, помогло промени структуре пластеника и промовисало модернизацију развоја пластеника у Кини.

Иако је примена нове енергије, нових материјала и нових дизајна у изградњи пластеника неизбежан тренд, још увек постоји много проблема које треба проучити и превазићи: (1) Трошкови изградње се повећавају. У поређењу са традиционалним грејањем на угаљ, природни гас или нафту, примена нове енергије и нових материјала је еколошки прихватљива и без загађења, али трошкови изградње су значајно повећани, што има одређени утицај на повраћај инвестиција у производњу и рад. У поређењу са коришћењем енергије, трошкови нових материјала ће бити значајно повећани. (2) Нестабилно коришћење топлотне енергије. Највећа предност новог коришћења енергије су ниски оперативни трошкови и ниска емисија угљен-диоксида, али снабдевање енергијом и топлотом је нестабилно, а облачни дани постају највећи ограничавајући фактор у коришћењу соларне енергије. У процесу производње топлоте из биомасе ферментацијом, ефикасно коришћење ове енергије је ограничено проблемима ниске топлотне енергије ферментације, тешким управљањем и контролом и великим складишним простором за транспорт сировина. (3) Зрелост технологије. Ове технологије које користе нова енергија и нови материјали су напредна истраживачка и технолошка достигнућа, а њихова област примене и обим су и даље прилично ограничени. Нису прошли много пута, много локација и верификација у пракси великих размера, и неизбежно постоје неки недостаци и технички садржаји које је потребно побољшати у примени. Корисници често поричу напредак технологије због мањих недостатака. (4) Стопа продора технологије је ниска. Широка примена научних и технолошких достигнућа захтева одређену популарност. Тренутно, нова енергија, нове технологије и нове технологије пројектовања стакленика су све у тиму научноистраживачких центара на универзитетима са одређеним иновативним способностима, а већина техничких захтева или дизајнера још увек не зна; Истовремено, популаризација и примена нових технологија су и даље прилично ограничене јер је основна опрема нових технологија патентирана. (5) Интеграција нове енергије, нових материјала и пројектовања конструкција стакленика мора се додатно ојачати. ​​Пошто енергија, материјали и пројектовање конструкција стакленика припадају трима различитим дисциплинама, талентима са искуством у пројектовању стакленика често недостају истраживања о енергији и материјалима везаним за стакленике и обрнуто; Стога, истраживачи везани за истраживање енергије и материјала треба да ојачају истраживање и разумевање стварних потреба развоја индустрије пластеника, а структурни пројектанти такође треба да проучавају нове материјале и нову енергију како би промовисали дубоку интеграцију ова три односа, како би се постигао циљ практичне технологије истраживања у пластеницима, ниских трошкова изградње и доброг ефекта коришћења. На основу горе наведених проблема, предлаже се да држава, локалне самоуправе и научноистраживачки центри интензивирају техничка истраживања, спроводе заједничка дубинска истраживања, ојачају промоцију научних и технолошких достигнућа, побољшају популаризацију достигнућа и брзо остваре циљ нове енергије и нових материјала како би помогли новом развоју индустрије пластеника.

Цитиране информације

Ли Ђианминг, Сун Гуотао, Ли Хаођие, Ли Руи, Ху Јисин. Нова енергија, нови материјали и нови дизајн помажу новој револуцији пластеника [J]. Поврће, 2022,(10):1-8.