Технология за оранжерийно градинарство и селскостопанско инженерство, публикувана в Пекин, 2022-12-02 17:30

Разработването на слънчеви оранжерии в необработваеми райони като пустинята, Гоби и песъчливата земя ефективно реши противоречието между храната и зеленчуците, конкуриращи се за земя. Това е един от решаващите фактори на околната среда за растежа и развитието на температурните култури, който често определя успеха или неуспеха на производството на оранжерийни култури. Следователно, за да разработим слънчеви оранжерии в необработваеми райони, първо трябва да решим проблема с температурата на околната среда в оранжериите. В тази статия са обобщени методите за контрол на температурата, използвани в оранжерии на необработваеми земи през последните години, и са анализирани и обобщени съществуващите проблеми и посоката на развитие на температурата и опазването на околната среда в слънчеви оранжерии на необработваеми земи.

Китай има голямо население и по-малко налични земеделски ресурси. Повече от 85% от земеделските ресурси са необработваеми, които са концентрирани главно в северозападната част на Китай. Документ № 1 на Централния комитет от 2022 г. посочва, че развитието на земеделието, основано на земеделие, трябва да се ускори и, на базата на опазване на екологичната среда, да се проучат годните за експлоатация незасегнати земи и пустеещи земи, за да се развие земеделие, основано на земеделие. Северозападен Китай е богат на пустинни, пустинен, пустеещ и други необработваеми земеделски ресурси, както и на естествени светлинни и топлинни ресурси, които са подходящи за развитието на земеделие. Следователно, развитието и използването на необработваеми земеделски ресурси за разработване на оранжерии с необработваема земя е от голямо стратегическо значение за осигуряване на националната продоволствена сигурност и смекчаване на конфликтите, свързани със земеползването.

В момента необработваемите слънчеви оранжерии са основната форма на високоефективно селскостопанско развитие в необработваеми земи. В северозападен Китай температурната разлика между деня и нощта е голяма, а нощните температури през зимата са ниски, което често води до явлението минималната вътрешна температура да е по-ниска от температурата, необходима за нормалния растеж и развитие на културите. Температурата е един от незаменимите фактори на околната среда за растежа и развитието на културите. Твърде ниската температура ще забави физиологичните и биохимичните реакции на културите и ще забави техния растеж и развитие. Когато температурата е по-ниска от границата, която културите могат да понесат, това дори ще доведе до замръзване. Ето защо е особено важно да се осигури температурата, необходима за нормалния растеж и развитие на културите. Поддържането на правилната температура в слънчевата оранжерия не е еднократна мярка, която може да бъде решена. Тя трябва да бъде гарантирана от гледна точка на проектирането, изграждането, избора на материали, регулирането и ежедневното управление на оранжериите. Следователно, тази статия ще обобщи състоянието на изследванията и напредъка в контрола на температурата на некултивирани оранжерии в Китай през последните години от гледна точка на проектирането и изграждането на оранжерии, мерките за запазване на топлината и затопляне и управлението на околната среда, така че да предостави систематична справка за рационалното проектиране и управление на некултивирани оранжерии.

Структура и материали за оранжерия

Термичната среда на оранжерията зависи главно от капацитета на оранжерията за предаване, прихващане и съхранение на слънчева радиация, което е свързано с разумния дизайн на ориентацията на оранжерията, формата и материала на светлопропускливата повърхност, структурата и материала на стените и задния покрив, изолацията на основите, размера на оранжерията, режима на нощна изолация и материала на предния покрив и др., а също така е свързано с това дали строителството и процесът на изграждане на оранжерията могат да осигурят ефективното изпълнение на проектните изисквания.

Светлинна пропускливост на предния покрив

Основната енергия в оранжерията идва от слънцето. Увеличаването на капацитета за пропускане на светлина на предния покрив е полезно за оранжерията, за да получи повече топлина, а също така е важна основа за осигуряване на температурния климат в оранжерията през зимата. В момента има три основни метода за увеличаване на капацитета за пропускане на светлина и времето за приемане на светлина от предния покрив на оранжерията.

01 проектиране на разумна ориентация и азимут на оранжерията

Ориентацията на оранжерията влияе върху светлинните характеристики на оранжерията и капацитета ѝ за съхранение на топлина. Следователно, за да се постигне по-добро съхранение на топлина в оранжерията, ориентацията на необработваемите оранжерии в северозападен Китай е на юг. За специфичния азимут на оранжерията, когато се избира посока юг-изток, е полезно да се „хване слънцето“, за да се повиши температурата в помещението бързо сутрин; когато се избере посока юг-запад, е полезно оранжерията да използва следобедна светлина. Южната посока е компромис между горните две ситуации. Според познанията на геофизиката, Земята се завърта на 360° за едно денонощие, а азимутът на слънцето се измества с около 1° на всеки 4 минути. Следователно, всеки път, когато азимутът на оранжерията се различава с 1°, времето на пряка слънчева светлина ще се различава с около 4 минути, т.е. азимутът на оранжерията влияе върху времето, когато оранжерията вижда светлина сутрин и вечер.

Когато сутрешните и следобедните светлинни часове са равни и изтокът или западът са под един и същ ъгъл, оранжерията ще получава еднакви светлинни часове. Въпреки това, в района на север от 37° северна ширина, температурата сутрин е ниска и времето за отваряне на покривалото е късно, докато температурата е сравнително висока следобед и вечер, така че е подходящо да се забави времето за затваряне на топлоизолационното покривало. Следователно, тези райони трябва да изберат посока юг-запад и да използват пълноценно следобедната светлина. В районите с 30°~35° северна ширина, поради по-добрите светлинни условия сутрин, времето за запазване на топлината и отваряне на покривалото също може да бъде ускорено. Следователно, тези райони трябва да изберат посока юг-изток, за да се стремят към повече сутрешна слънчева радиация за оранжерията. В района с 35°~37° северна ширина обаче има малка разлика в слънчевата радиация сутрин и следобед, така че е по-добре да се избере посока точно на юг. Независимо дали е югоизток или югозапад, ъгълът на отклонение обикновено е 5° ~ 8°, а максималният не трябва да надвишава 10°. Северозападен Китай се намира в диапазона от 37° ~ 50° северна ширина, така че азимуталният ъгъл на оранжерията обикновено е от юг на запад. С оглед на това, слънчевата оранжерия, проектирана от Джан Дзинше и др. в района на Тайюан, е избрала ориентация от 5° на запад от юга, слънчевата оранжерия, построена от Чанг Меймей и др. в района на Гоби в коридора Хеси, е приела ориентация от 5° до 10° на запад от юга, а слънчевата оранжерия, построена от Ма Джигуи и др. в северната част на Синцзян, е приела ориентация от 8° на запад от юга.

02 Проектирайте разумна форма на предния покрив и ъгъл на наклон

Формата и наклонът на предния покрив определят ъгъла на падане на слънчевите лъчи. Колкото по-малък е ъгълът на падане, толкова по-голяма е пропускливостта. Сун Джурен смята, че формата на предния покрив се определя главно от съотношението на дължината на основната осветителна повърхност и задния наклон. Дългият преден наклон и късият заден наклон са полезни за осветлението и запазването на топлината на предния покрив. Чен Уей-Циан и други смятат, че основният осветителен покрив на слънчеви оранжерии, използвани в района на Гоби, приема кръгова дъга с радиус от 4,5 м, което може ефективно да устои на студа. Джан Дзинше и др. смятат, че е по-подходящо да се използва полукръгла арка на предния покрив на оранжерията в алпийските и високогеографските райони. Що се отнася до ъгъла на наклон на предния покрив, според характеристиките на пропускане на светлина на пластмасовото фолио, когато ъгълът на падане е 0 ~ 40°, отражателната способност на предния покрив спрямо слънчевата светлина е малка, а когато надвиши 40°, отражателната способност се увеличава значително. Следователно, за изчисляване на ъгъла на наклон на предния покрив се приема 40°, така че дори по време на зимното слънцестоене слънчевата радиация да може да проникне максимално в оранжерията. Поради това, при проектирането на слънчева оранжерия, подходяща за необработваеми площи в Ухай, Вътрешна Монголия, Хе Бин и други са изчислили ъгъла на наклон на предния покрив с ъгъл на наклон от 40° и са преценили, че стига да е по-голям от 30°, той може да отговори на изискванията за осветление на оранжерии и запазване на топлината. Джан Цайхун и други смятат, че при изграждането на оранжерии в необработваеми площи на Синцзян, ъгълът на наклон на предния покрив на оранжериите в южен Синцзян е 31°, докато в северния Синцзян е 32°~33,5°.

03 Изберете подходящи прозрачни покривни материали.

В допълнение към влиянието на условията на външна слънчева радиация, материалът и характеристиките на светлопропускливостта на оранжерийното фолио също са важни фактори, влияещи върху светлинната и топлинната среда на оранжерията. В момента светлопропускливостта на пластмасови фолиа като PE, PVC, EVA и PO е различна поради различните материали и дебелини на фолиото. Най-общо казано, светлопропускливостта на фолиата, използвани в продължение на 1-3 години, може да се гарантира, че ще бъде над 88% като цяло, което трябва да се избере според нуждите на културите от светлина и температура. Освен светлопропускливостта в оранжерията, разпределението на светлинната среда в оранжерията също е фактор, на който хората обръщат все повече внимание. Поради това, през последните години, светлопропускливите покривни материали с подобрено разсейване на светлината са високо признати от индустрията, особено в районите със силна слънчева радиация в северозападен Китай. Прилагането на фолио с подобрено разсейване на светлината е намалило ефекта на засенчване върху горната и долната част на короната на културите, увеличило е светлината в средната и долната част на короната на културите, подобрило е фотосинтетичните характеристики на цялата култура и е показало добър ефект за насърчаване на растежа и увеличаване на производството.

Разумен дизайн на размера на оранжерията

Дължината на оранжерията е твърде дълга или твърде къса, което ще повлияе на контрола на вътрешната температура. Когато дължината на оранжерията е твърде къса, преди изгрев и залез слънце, площта, засенчена от източния и западния фронтон, е голяма, което не благоприятства затоплянето на оранжерията и поради малкия си обем ще повлияе на абсорбцията и отделянето на топлина от вътрешната почва и стените. Когато дължината е твърде голяма, е трудно да се контролира вътрешната температура и това ще повлияе на здравината на конструкцията на оранжерията и конфигурацията на механизма за навиване на топлоизолационния шев. Височината и обхватът на оранжерията пряко влияят на дневната светлина на предния покрив, размера на пространството на оранжерията и коефициента на изолация. Когато обхватът и дължината на оранжерията са фиксирани, увеличаването на височината на оранжерията може да увеличи ъгъла на осветяване на предния покрив от гледна точка на светлинната среда, което е благоприятно за пропускане на светлина; от гледна точка на топлинната среда, височината на стената се увеличава и площта за съхранение на топлина на задната стена се увеличава, което е благоприятно за съхранението и отделянето на топлина от задната стена. Освен това, пространството е голямо, топлинният капацитет също е голям, а топлинната среда на оранжерията е по-стабилна. Разбира се, увеличаването на височината на оранжерията ще увеличи цената ѝ, което изисква цялостно обмисляне. Следователно, когато проектираме оранжерия, трябва да изберем разумна дължина, разстояние и височина според местните условия. Например, Джан Цайхун и други смятат, че в Северен Синцзян дължината на оранжерията е 50~80 м, разстоянието е 7 м, а височината на оранжерията е 3,9 м, докато в Южен Синцзян дължината на оранжерията е 50~80 м, разстоянието е 8 м, а височината е 3,6~4,0 м; Счита се също, че разстоянието на оранжерията не трябва да бъде по-малко от 7 м, а когато разстоянието е 8 м, ефектът на запазване на топлината е най-добър. Освен това, Чен Уейкиан и други смятат, че дължината, обхватът и височината на слънчевата оранжерия трябва да бъдат съответно 80 м, 8~10 м и 3,8~4,2 м, когато тя бъде построена в района на Гоби в Джиуцюан, Гансу.

Подобряване на капацитета за съхранение на топлина и изолация на стената

През деня стената акумулира топлина, като абсорбира слънчевата радиация и топлината на част от вътрешния въздух. През нощта, когато вътрешната температура е по-ниска от температурата на стената, стената пасивно ще отделя топлина, за да затопли оранжерията. Като основно тяло за съхранение на топлина в оранжерията, стената може значително да подобри вътрешната нощна температура, като подобри капацитета си за съхранение на топлина. В същото време, топлоизолационната функция на стената е основа за стабилността на топлинната среда в оранжерията. Понастоящем съществуват няколко метода за подобряване на капацитета за съхранение на топлина и изолацията на стените.

01 дизайн разумна структура на стената

Функцията на стената включва главно съхранение на топлина и запазване на топлината, като същевременно повечето стени на оранжерията служат и като носещи елементи за поддържане на покривната конструкция. От гледна точка на постигане на добра топлинна среда, разумната стенна конструкция трябва да има достатъчен капацитет за съхранение на топлина от вътрешната страна и достатъчен капацитет за запазване на топлината от външната страна, като същевременно се намаляват ненужните студени мостове. В изследването на съхранението на топлина и изолацията на стените, Бао Енкай и други са проектирали пасивна стена за съхранение на топлина от втвърден пясък в пустинята Ухай, Вътрешна Монголия. Пореста тухла е използвана като изолационен слой отвън, а втвърден пясък е използван като слой за съхранение на топлина отвътре. Тестът показа, че вътрешната температура може да достигне 13,7℃ в слънчеви дни. Ма Юехонг и др. са проектирали композитна стена от блокове от хоросан с пшенични черупки в Северен Синцзян, в която хоросанните блокове са запълнени с негасена вар като слой за съхранение на топлина, а шлакови торби са подредени отвън като изолационен слой. Кухата блокова стена, проектирана от Джао Пенг и др. в района на Гоби, провинция Гансу, използва 100 мм дебел бензенов картон като изолационен слой отвън и пясък и кухи блокови тухли като слой за съхранение на топлина отвътре. Тестът показва, че средната температура през зимата е над 10℃ през нощта, а Chai Regeneration и др. също използват пясък и чакъл като изолационен слой и слой за съхранение на топлина на стената в района на Гоби, провинция Гансу. По отношение на намаляването на студените мостове, Ян Джунюе и др. са проектирали лека и опростена сглобяема задна стена, която не само е подобрила термичното съпротивление на стената, но и е подобрила уплътнителните свойства на стената, като са залепили полистиролни плоскости от външната страна на задната стена; Ву Летиан и др. са поставили стоманобетонна пръстеновидна греда над основата на стената на оранжерията и са използвали трапецовидна тухлена щампа точно над пръстеновидната греда, за да поддържат задния покрив, което е решило проблема с лесното образуване на пукнатини и слягане на основите в оранжериите в Хотиан, Синцзян, като по този начин са повлияли на топлоизолацията на оранжериите.

02 Изберете подходящи материали за съхранение на топлина и изолация.

Ефектът на съхранение на топлина и изолация на стената зависи преди всичко от избора на материали. В северозападната пустиня, Гоби, песъчливата земя и други райони, в зависимост от условията на мястото, изследователите са използвали местни материали и са направили смели опити да проектират много различни видове задни стени на слънчеви оранжерии. Например, когато Джан Гуосен и други са построили оранжерии в пясъчни и чакълести полета в Гансу, пясъкът и чакълът са били използвани като слоеве за съхранение на топлина и изолация на стените; В зависимост от характеристиките на Гоби и пустинята в северозападен Китай, Джао Пен е проектирал един вид стена от кухи блокове с пясъчник и кухи блокове като материали. Тестът показва, че средната вътрешна нощна температура е над 10℃. Предвид недостига на строителни материали като тухли и глина в района на Гоби в северозападен Китай, Джоу Чанджи и други са установили, че местните оранжерии обикновено използват камъчета като стенни материали, когато са изследвали слънчеви оранжерии в района на Гоби в Къзълсу Киргиз, Синцзян. Предвид топлинните характеристики и механичната якост на камъчетата, оранжерията, построена с камъчета, има добри характеристики по отношение на запазване на топлината, съхранение на топлина и носеща способност. По подобен начин, Джан Йонг и др. също използват камъчета като основен материал за стената и са проектирали независима задна стена от камъчета, съхраняваща топлина, в Шанси и други места. Тестът показва, че ефектът на съхранение на топлина е добър. Джан и др. са проектирали вид пясъчникова стена според характеристиките на северозападния район Гоби, която може да повиши вътрешната температура с 2,5℃. В допълнение, Ма Юехонг и други са тествали капацитета за съхранение на топлина на стена, запълнена с блокове от пясък, стена от блокове и тухлена стена в Хотиан, Синцзян. Резултатите показват, че стената, запълнена с блокове от пясък, има най-голям капацитет за съхранение на топлина. Освен това, за да се подобрят характеристиките на съхранение на топлина на стената, изследователите активно разработват нови материали и технологии за съхранение на топлина. Например, Бао Енкай предложи материал за втвърдяване с фазова промяна, който може да се използва за подобряване на капацитета за съхранение на топлина на задната стена на слънчева оранжерия в северозападни необработваеми райони. С проучването на местни материали, купа сено, шлака, бензенов картон и слама също се използват като стенни материали, но тези материали обикновено имат само функцията за запазване на топлината и нямат капацитет за съхранение на топлина. Най-общо казано, стените, запълнени с чакъл и блокове, имат добър капацитет за съхранение на топлина и изолация.

03 Увеличете дебелината на стената по подходящ начин

Обикновено топлинното съпротивление е важен показател за измерване на топлоизолационните характеристики на стената, а факторът, който влияе върху топлинното съпротивление, е дебелината на материалния слой, освен топлопроводимостта на материала. Следователно, въз основа на избора на подходящи топлоизолационни материали, подходящото увеличаване на дебелината на стената може да увеличи общото термично съпротивление на стената и да намали топлинните загуби през стената, като по този начин увеличи топлоизолацията и капацитета за съхранение на топлина на стената и на цялата оранжерия. Например, в Гансу и други райони средната дебелина на стената от чували с пясък в град Джангие е 2,6 м, докато тази на зиданата с хоросан стена в град Джиуцюан е 3,7 м. Колкото по-дебела е стената, толкова по-голяма е нейната топлоизолация и капацитет за съхранение на топлина. Твърде дебелите стени обаче ще увеличат заеманата площ и разходите за изграждане на оранжерия. Следователно, от гледна точка на подобряване на топлоизолационния капацитет, трябва да дадем приоритет и на избора на висококачествени топлоизолационни материали с ниска топлопроводимост, като полистирол, полиуретан и други материали, и след това да увеличим дебелината им съответно.

Разумен дизайн на задния покрив

При проектирането на задния покрив основното съображение е да се избегне влиянието на засенчването и да се подобри топлоизолационният капацитет. За да се намали влиянието на засенчването върху задния покрив, ъгълът на наклона му се определя главно въз основа на факта, че задният покрив може да получава пряка слънчева светлина през деня, когато се засаждат и произвеждат култури. Следователно, ъгълът на издигане на задния покрив обикновено се избира така, че да е по-добър от локалния ъгъл на слънчевата височина по време на зимното слънцестоене от 7°~8°. Например, Джан Цайхонг и други смятат, че при изграждането на слънчеви оранжерии в районите на Гоби и солените основи в Синцзян, проектираната дължина на задния покрив е 1,6 м, така че ъгълът на наклона на задния покрив е 40° в южен Синцзян и 45° в северен Синцзян. Чен Уей-Циан и други смятат, че задният покрив на слънчевата оранжерия в района на Джиуцюан, Гоби, трябва да бъде наклонен на 40°. За топлоизолацията на задния покрив, топлоизолационният капацитет трябва да се осигури главно чрез избора на топлоизолационни материали, необходимата дебелина и разумното припокриване на топлоизолационните материали по време на строителството.

Намалете загубите на топлина от почвата

През зимната нощ, тъй като температурата на почвата на закрито е по-висока от тази на външната почва, топлината на вътрешната почва ще се пренесе навън чрез топлопроводимост, което ще доведе до загуба на топлина от оранжерията. Има няколко начина за намаляване на загубите на топлина от почвата.

01 изолация на почвата

Земята потъва правилно, избягвайки замръзналия почвен слой и използвайки почвата за запазване на топлината. Например, слънчевата оранжерия „1448 с три материала и едно тяло“, разработена от Chai Regeneration и друга необработваема земя в коридора Хекси, е построена чрез изкопаване на 1 м надолу, като ефективно се избягва замръзналият почвен слой; предвид факта, че дълбочината на замръзналата почва в района на Турпан е 0,8 м, Уанг Хуамин и други предлагат изкопаване на 0,8 м, за да се подобри топлоизолационният капацитет на оранжерията. Когато Джан Гуосен и др. построяват задната стена на двойна арка с двойно фолио за изкопаване на слънчева оранжерия върху необработваема земя, дълбочината на изкопаване е 1 м. Експериментът показва, че най-ниската температура през нощта се е увеличила с 2~3℃ в сравнение с традиционната слънчева оранжерия от второ поколение.

02 защита на основите от студ

Основният метод е да се изкопае студоустойчив ров по протежение на фундаментната част на предния покрив, да се запълнят топлоизолационни материали или да се заровят топлоизолационни материали под земята по протежение на фундаментната стена, като всички те имат за цел да намалят топлинните загуби, причинени от топлопреминаването през почвата в граничната част на оранжерията. Използваните топлоизолационни материали са базирани главно на местните условия в северозападен Китай и могат да бъдат получени на местно ниво, като например сено, шлака, каменна вата, полистиролни плоскости, царевична слама, конски тор, паднали листа, натрошена трева, дървени стърготини, плевели, слама и др.

03 мулчиращо фолио

Чрез покриване с пластмасово фолио, слънчевата светлина може да достигне до почвата през него през деня, а почвата абсорбира топлината на слънцето и се нагрява. Освен това, пластмасовото фолио може да блокира дълговълновата радиация, отразена от почвата, като по този начин намалява радиационните загуби на почвата и увеличава съхранението на топлина в почвата. През нощта пластмасовото фолио може да възпрепятства конвективния топлообмен между почвата и въздуха в помещенията, като по този начин намалява топлинните загуби на почвата. В същото време пластмасовото фолио може също да намали латентните топлинни загуби, причинени от изпаряването на почвената вода. Вей Уенсян покри оранжерията с пластмасово фолио в платото Цинхай и експериментът показа, че температурата на земята може да се повиши с около 1℃.

Укрепване на топлоизолационните характеристики на предния покрив

Предният покрив на оранжерията е основната повърхност за разсейване на топлината и загубената топлина представлява повече от 75% от общите топлинни загуби в оранжерията. Следователно, укрепването на топлоизолационния капацитет на предния покрив на оранжерията може ефективно да намали загубите през него и да подобри зимната температурна среда в оранжерията. Понастоящем има три основни мерки за подобряване на топлоизолационния капацитет на предния покрив.

01 Използва се многослойно прозрачно покритие.

Структурно, използването на двуслойно или трислойно фолио като светлопропусклива повърхност на оранжерията може ефективно да подобри топлоизолационните характеристики на оранжерията. Например, Джан Гуосен и други са проектирали слънчева оранжерия с двойна арка и двойно фолио тип „изкопаване“ в района на Гоби в град Джиуцюан. Външната страна на предния покрив на оранжерията е изработена от EVA фолио, а вътрешната страна на оранжерията е изработена от PVC фолио против стареене, което не пропуска вода. Експериментите показват, че в сравнение с традиционните слънчеви оранжерии от второ поколение, топлоизолационният ефект е изключителен, а най-ниската температура през нощта се повишава средно с 2~3℃. По подобен начин Джан Джинше и др. също са проектирали слънчева оранжерия с двойно фолио за климатичните характеристики на високи географски ширини и силно студени райони, което значително е подобрило топлоизолацията на оранжерията. В сравнение с контролната оранжерия, нощната температура се е повишила с 3℃. Освен това, Ву Летиан и други са се опитали да използват три слоя EVA фолио с дебелина 0,1 мм върху предния покрив на слънчевата оранжерия, проектирана в пустинен район Хетиан, Синцзян. Многослойното фолио може ефективно да намали топлинните загуби на предния покрив, но тъй като светлопропускливостта на еднослойното фолио е около 90%, многослойното фолио естествено ще доведе до намаляване на светлопропускливостта. Следователно, при избора на многослойно покритие със светлопропускливост е необходимо да се вземат предвид условията на осветление и изискванията за осветление на оранжериите.

02 Укрепете нощната изолация на предния покрив

Пластмасово фолио се използва на предния покрив, за да се увеличи пропускливостта на светлината през деня, а през нощта той се превръща в най-слабото място в цялата оранжерия. Следователно, покриването на външната повърхност на предния покрив с дебело композитно топлоизолационно одеяло е необходима топлоизолационна мярка за слънчеви оранжерии. Например, в алпийския регион Цинхай, Лиу Янджие и други са използвали сламени завеси и крафт хартия като топлоизолационни одеяла за експерименти. Резултатите от тестовете показват, че най-ниската вътрешна температура в оранжерията през нощта може да достигне над 7,7℃. Освен това, Вей Уенсян смята, че топлинните загуби на оранжерията могат да бъдат намалени с повече от 90%, като се използват двойни тревни завеси или крафт хартия отвън за тревни завеси за топлоизолация в тази зона. В допълнение, Зоу Пинг и др. са използвали топлоизолационно одеяло от рециклиран филц в слънчевата оранжерия в района на Гоби в Синцзян, а Чанг Меймей и др. са използвали топлоизолационно одеяло от сандвич памук в слънчевата оранжерия в района на Гоби в коридора Хеси. В момента има много видове топлоизолационни юргани, използвани в слънчеви оранжерии, но повечето от тях са изработени от иглен филц, лепило-пръскан памук, перлен памук и др., с водоустойчиви или анти-стареещи повърхностни слоеве от двете страни. Според механизма на топлоизолация на топлоизолационното одеяло, за да се подобрят топлоизолационните му характеристики, трябва да се започне с подобряване на термичното му съпротивление и намаляване на коефициента на топлопреминаване, като основните мерки са намаляване на топлопроводимостта на материалите, увеличаване на дебелината на слоевете на материала или увеличаване на броя на слоевете на материала и др. Следователно, в момента основният материал на топлоизолационното одеяло с високи топлоизолационни характеристики често е направен от многослойни композитни материали. Според тестовете, коефициентът на топлопреминаване на топлоизолационното одеяло с високи топлоизолационни характеристики в момента може да достигне 0,5 W/(m2℃), което осигурява по-добра гаранция за топлоизолация на оранжерии в студени райони през зимата. Разбира се, северозападният район е ветровит и прашен, а ултравиолетовата радиация е силна, така че повърхностният слой на топлоизолацията трябва да има добри анти-стареещи характеристики.

03 Добавете вътрешна топлоизолационна завеса.

Въпреки че предният покрив на оранжерията е покрит с външна топлоизолационна завивка през нощта, що се отнася до другите конструкции на цялата оранжерия, предният покрив все още е слабо място за цялата оранжерия през нощта. Поради това екипът на проекта „Структура и строителна технология на оранжерии в северозападна необработваема земя“ е проектирал проста система за вътрешна топлоизолация (Фигура 1), чиято структура се състои от фиксирана вътрешна топлоизолационна завеса в предния край и подвижна вътрешна топлоизолационна завеса в горното пространство. Горната подвижна топлоизолационна завеса се отваря и сгъва на задната стена на оранжерията през деня, което не влияе на осветлението на оранжерията; фиксираната топлоизолационна завивка в долната част играе ролята на уплътнение през нощта. Дизайнът на вътрешната изолация е елегантен и лесен за работа, а през лятото може да играе и ролята на засенчване и охлаждане.

Технология за активно затопляне

Поради ниските температури през зимата в северозападен Китай, ако разчитаме само на запазване на топлината и съхранение на топлина в оранжерии, все още не можем да отговорим на изискванията за презимуване на културите в някои студени времена, така че са необходими и някои мерки за активно затопляне.

Система за съхранение на слънчева енергия и отделяне на топлина

Важна причина е, че стената носи функциите за запазване на топлината, съхранение на топлина и носене на товар, което води до висока цена на строителство и нисък коефициент на използване на земята за слънчеви оранжерии. Следователно, опростяването и сглобяването на слънчеви оранжерии със сигурност ще бъде важна посока на развитие в бъдеще. Сред тях, опростяването на функцията на стената е да се освободи функцията за съхранение и освобождаване на топлина, така че задната стена да носи само функцията за запазване на топлината, което е ефективен начин за опростяване на развитието. Например, активната система за съхранение и освобождаване на топлина на Fang Hui (Фигура 2) се използва широко в необработваеми райони като Гансу, Нинся и Синцзян. Устройството за събиране на топлина е окачено на северната стена. През деня топлината, събрана от устройството за събиране на топлина, се съхранява в тялото за съхранение на топлина чрез циркулация на топлоносителя, а през нощта топлината се освобождава и нагрява чрез циркулация на топлоносителя, като по този начин се осъществява пренос на топлина във времето и пространството. Експериментите показват, че минималната температура в оранжерията може да се повиши с 3~5℃ с помощта на това устройство. Уанг Дживей и др. предложиха система за отопление с водна завеса за слънчева оранжерия в южната част на пустинята Синцзян, която може да повиши температурата в оранжерията с 2,1℃ през нощта.

Освен това, Бао Енкай и др. са проектирали активна система за циркулация на топлина за северната стена. През деня, чрез циркулацията на аксиални вентилатори, горещият въздух от вътрешното пространство преминава през топлопреносния канал, вграден в северната стена, а топлопреносният канал обменя топлина със слоя за съхранение на топлина вътре в стената, което значително подобрява капацитета за съхранение на топлина на стената. В допълнение, слънчевата система за съхранение на топлина с промяна на фазата, проектирана от Ян Янтао и др., съхранява топлината във фазово-променящите се материали чрез слънчеви колектори през деня, а след това разсейва топлината във въздуха в помещенията чрез циркулация на въздуха през нощта, което може да повиши средната температура с 2,0℃ през нощта. Горните технологии и оборудване за използване на слънчева енергия се характеризират с икономичност, енергоспестяване и нисковъглеродни емисии. След оптимизация и подобрение, те би трябвало да имат добър потенциал за приложение в районите с изобилие от ресурси за слънчева енергия в северозападен Китай.

Други технологии за спомагателно отопление

01 отопление с енергия от биомаса

Постелките, сламата, кравешкият тор, овчият тор и птичият тор се смесват с биологични бактерии и се заравят в почвата в оранжерията. По време на процеса на ферментация се генерира много топлина и се отделят много полезни щамове, органична материя и CO2. Полезните щамове могат да инхибират и убиват различни микроби и да намалят появата на парникови болести и вредители; органичната материя може да се използва като тор за културите; произведеният CO2 може да подобри фотосинтезата на културите. Например, Вей Уенсян заравя горещи органични торове като конски тор, кравешки тор и овчи тор в почвата на закрито в слънчевата оранжерия в платото Цинхай, което ефективно повишава температурата на земята. В слънчевата оранжерия в пустинята Гансу, Джоу Джилун използва слама и органичен тор за ферментация между културите. Тестът показа, че температурата в оранжерията може да се повиши с 2~3℃.

02 отопление с въглища

Съществуват изкуствени печки, енергоспестяващи бойлери и отоплителни системи. Например, след проучване в платото Цинхай, Вей Уенсян установи, че изкуственото отопление с пещ се използва предимно локално. Този метод на нагряване има предимствата на по-бързо нагряване и очевиден топлинен ефект. Въпреки това, в процеса на изгаряне на въглища ще се отделят вредни газове като SO2, CO и H2S, така че е необходимо да се направи добра работа по отделянето на вредните газове.

03 електрическо отопление

Използвайте електрически нагревателен кабел за отопление на предния покрив на оранжерията или използвайте електрически нагревател. Отоплителният ефект е забележителен, употребата е безопасна, в оранжерията не се генерират замърсители, а отоплителното оборудване е лесно за управление. Чен Уейцян и други смятат, че проблемът с повреди от замръзване през зимата в района на Джиуцюан възпрепятства развитието на местното земеделие в Гоби и че електрическите нагревателни елементи могат да се използват за отопление на оранжерията. Поради използването на висококачествени електрически енергийни ресурси обаче, консумацията на енергия е висока, а цената е висока. Препоръчително е да се използва като временно средство за аварийно отопление при екстремни студове.

Мерки за управление на околната среда

В процеса на производство и употреба на оранжерии, цялостното оборудване и нормалната му работа не могат ефективно да гарантират, че топлинната среда отговаря на проектните изисквания. Всъщност, използването и управлението на оборудването често играят ключова роля във формирането и поддържането на топлинната среда, като най-важното от тях е ежедневното управление на топлоизолационните юргани и вентилационните отвори.

Управление на топлоизолационна завивка

Топлоизолационното покривало е ключът към нощната топлоизолация на предния покрив, така че е изключително важно да се усъвършенства ежедневното му управление и поддръжка, като се обърне особено внимание на следните проблеми: ① Изберете подходящо време за отваряне и затваряне на топлоизолационното покривало. Времето за отваряне и затваряне на топлоизолационното покривало не само влияе върху времето на осветление на оранжерията, но и върху процеса на нагряване в нея. Твърде ранното или твърде късно отваряне и затваряне на топлоизолационното покривало не е благоприятно за натрупване на топлина. Сутрин, ако покривалото се разкрие твърде рано, вътрешната температура ще падне твърде много поради ниската външна температура и слабата светлина. Напротив, ако времето за разкриване на покривалото е твърде късно, времето за получаване на светлина в оранжерията ще се съкрати и времето за повишаване на вътрешната температура ще се забави. Следобед, ако топлоизолационното покривало се изключи твърде рано, времето за облъчване на закрито ще се съкрати и съхранението на топлина от почвата и стените на закрито ще се намали. Напротив, ако запазването на топлината се изключи твърде късно, разсейването на топлината от оранжерията ще се увеличи поради ниската външна температура и слабата светлина. Следователно, като цяло, когато топлоизолационното одеяло се включва сутрин, е препоръчително температурата да се повиши след спад от 1~2℃, докато когато е изключено, е препоръчително температурата да се повиши след спад от 1~2℃. ② Когато затваряте топлоизолационното одеяло, обърнете внимание дали то покрива плътно всички предни покриви и ги регулирайте своевременно, ако има празнина. ③ След като топлоизолационното одеяло е напълно поставено, проверете дали долната част е уплътнена, за да предотвратите повдигането на ефекта на запазване на топлината от вятъра през нощта. ④ Проверявайте и поддържайте топлоизолационното одеяло своевременно, особено когато е повредено, ремонтирайте го или го сменете своевременно. ⑤ Обърнете внимание на метеорологичните условия своевременно. Когато вали дъжд или сняг, покривайте топлоизолационното одеяло своевременно и отстранявайте снега своевременно.

Управление на вентилационните отвори

Целта на вентилацията през зимата е да регулира температурата на въздуха, за да се избегне прекомерна температура около обяд; втората цел е да се елиминира влагата в помещенията, да се намали влажността на въздуха в оранжерията и да се контролират вредителите и болестите; третата цел е да се увеличи концентрацията на CO2 в помещенията и да се насърчи растежът на културите. Вентилацията и запазването на топлината обаче си противоречат. Ако вентилацията не се управлява правилно, това вероятно ще доведе до проблеми с ниските температури. Следователно, кога и колко дълго да се отварят вентилационните отвори трябва да се регулира динамично според условията на околната среда в оранжерията по всяко време. В северозападните необработваеми райони управлението на вентилационните отвори на оранжериите се разделя главно на два начина: ръчно управление и проста механична вентилация. Времето за отваряне и времето за вентилация на вентилационните отвори обаче се основават главно на субективната преценка на хората, така че може да се случи вентилационните отвори да се отварят твърде рано или твърде късно. За да решат горните проблеми, Ин Илей и др. са проектирали интелигентно вентилационно устройство за покрив, което може да определя времето за отваряне и размера на отваряне и затваряне на вентилационните отвори според промените във вътрешната среда. С задълбочаването на изследванията върху закона за промените в околната среда и търсенето на култури, както и с популяризирането и развитието на технологии и оборудване, като например възприемане на околната среда, събиране на информация, анализ и контрол, автоматизацията на управлението на вентилацията в слънчеви оранжерии би трябвало да бъде важна насока за развитие в бъдеще.

Други мерки за управление

В процеса на използване на различни видове фолиа за оранжерия, тяхната способност за пропускане на светлина постепенно отслабва, а скоростта на отслабване е свързана не само с техните физически свойства, но и с околната среда и управлението по време на употреба. В процеса на употреба най-важният фактор, който води до намаляване на производителността на пропускане на светлина, е замърсяването на повърхността на фолиото. Ето защо е изключително важно редовното почистване да се извършва, когато условията позволяват. Освен това, конструкцията на оранжерията трябва да се проверява редовно. Когато има теч в стената и предния покрив, той трябва да се отстрани навреме, за да се избегне проникването на студен въздух в оранжерията.

Съществуващи проблеми и посока на развитие

В продължение на много години изследователите са изследвали и изучавали технологиите за съхранение и съхранение на топлина, технологиите за управление и методите за затопляне на оранжерии в северозападни необработваеми райони, което е довело до презимуващо производство на зеленчуци, значително е подобрило способността на оранжериите да устояват на увреждания от нискотемпературно замръзване и е довело до презимуващо производство на зеленчуци. Това е допринесло исторически за облекчаване на противоречието между храната и зеленчуците, конкуриращи се за земя в Китай. Въпреки това, все още съществуват следните проблеми в технологията за гарантиране на температурата в северозападен Китай.

Видове оранжерии, които ще бъдат модернизирани

В момента видовете оранжерии все още са най-често срещаните, построени в края на 20-ти и началото на този век, с опростена конструкция, неразумно проектиране, лоша способност за поддържане на топлинна среда в оранжерията и устойчивост на природни бедствия, както и липса на стандартизация. Следователно, при бъдещия дизайн на оранжериите, формата и наклонът на предния покрив, азимуталният ъгъл на оранжерията, височината на задната стена, дълбочината на потъване на оранжерията и др. трябва да бъдат стандартизирани, като се комбинират напълно местните географски ширини и климатични характеристики. В същото време, доколкото е възможно, в оранжерията може да се засажда само една култура, така че да може да се извършва стандартизирано съчетаване на оранжериите според изискванията за светлина и температура на засадените култури.

Мащабът на оранжерията е сравнително малък.

Ако мащабът на оранжерията е твърде малък, това ще повлияе на стабилността на топлинната среда в оранжерията и развитието на механизацията. С постепенното увеличаване на разходите за труд, развитието на механизацията е важна насока в бъдеще. Следователно, в бъдеще трябва да се основаваме на местното ниво на развитие, да отчитаме нуждите от развитие на механизацията, рационално да проектираме вътрешното пространство и разположението на оранжериите, да ускорим научноизследователската и развойна дейност за селскостопанско оборудване, подходящо за местните райони, и да подобрим степента на механизация на оранжерийното производство. В същото време, в зависимост от нуждите на културите и моделите на отглеждане, съответното оборудване трябва да бъде съобразено със стандартите, а интегрираните научноизследователска и развойна дейност, иновации и популяризиране на вентилационното, влажно, топлоизолационното и отоплителното оборудване трябва да се насърчават.

Дебелината на стените, като например пясък и кухи блокове, все още е голяма.

Ако стената е твърде дебела, въпреки добрия изолационен ефект, това ще намали коефициента на използване на почвата, ще увеличи разходите и ще усложни строителството. Следователно, в бъдещото развитие, от една страна, дебелината на стената може да бъде научно оптимизирана според местните климатични условия; от друга страна, трябва да се насърчи лекото и опростено развитие на задната стена, така че задната стена на оранжерията да запази само функцията за запазване на топлината, като се използват слънчеви колектори и друго оборудване, за да се замени съхранението и освобождаването на топлина от стената. Слънчевите колектори се характеризират с висока ефективност на събиране на топлина, силен капацитет за събиране на топлина, пестене на енергия, нисковъглеродни емисии и т.н., като повечето от тях могат да реализират активно регулиране и контрол, както и да извършват целенасочено екзотермично нагряване според екологичните изисквания на оранжерията през нощта, с по-висока ефективност на използване на топлината.

Необходимо е да се разработи специално топлоизолационно одеяло.

Предният покрив е основният елемент за разсейване на топлината в оранжерията, а топлоизолационните характеристики на термоизолационния слой пряко влияят на вътрешната топлинна среда. В момента температурната среда в оранжерията в някои райони не е добра, отчасти защото термоизолационният слой е твърде тънък, а топлоизолационните характеристики на материалите са недостатъчни. В същото време термоизолационният слой все още има някои проблеми, като например лоша водоустойчивост и водоустойчивост, лесно стареене на повърхностните и сърцевинните материали и др. Следователно, в бъдеще е необходимо да се избират подходящи топлоизолационни материали, съобразно местните климатични характеристики и изисквания, и да се проектират и разработват специални термоизолационни продукти, подходящи за местна употреба и популяризиране.

КРАЙ

Цитирана информация

Луо Ганлян, Ченг Джиею, Уанг Пингджи и др. Изследователски статус на технологията за гарантиране на околната температура на слънчеви оранжерии в северозападна необработваема земя [J]. Селскостопанска инженерна технология, 2022,42(28):12-20.