Li Jianming, Sun Guotao וכו '.חממה טכנולוגיית הנדסת חקלאות גננות2022-11-21 17:42 פורסם בבייג'ינג

בשנים האחרונות ענף החממה פותח במרץ. פיתוח חממה לא רק משפר את קצב ניצול הקרקע ואת קצב התפוקה של מוצרים חקלאיים, אלא גם פותר את בעיית האספקה ​​של פירות וירקות בעונה החוצה. עם זאת, החממה נתקלה גם באתגרים חסרי תקדים. המתקנים המקוריים, שיטות החימום וצורות המבניות הניבו התנגדות לסביבה ופיתוח. חומרים חדשים ועיצובים חדשים נדרשים בדחיפות כדי לשנות את מבנה החממה, ומקורות אנרגיה חדשים נדרשים בדחיפות בכדי להשיג את מטרות שימור האנרגיה והגנת הסביבה, ולהגדיל את הייצור וההכנסה.

מאמר זה דן בנושא "אנרגיה חדשה, חומרים חדשים, עיצוב חדש שיעזור למהפכה החדשה של חממה", כולל מחקר וחדשנות של אנרגיה סולארית, אנרגיה ביומסה, אנרגיה גיאותרמית ומקורות אנרגיה חדשים אחרים בחממה, המחקר והיישום של חומרים חדשים לכיסוי, בידוד תרמי, קירות וציוד אחר, והסיכוי העתידי וחשיבה על אנרגיה חדשה, חומרים חדשים ועיצוב חדש כדי לעזור לרפורמת החממה, כדי לספק התייחסות לתעשייה.

פיתוח חקלאות מתקנים היא הדרישה הפוליטית והבחירה הבלתי נמנעת ליישם את רוח ההוראות החשובות וקבלת ההחלטות של הממשלה המרכזית. בשנת 2020, השטח הכולל של החקלאות המוגנת בסין יהיה 2.8 מיליון HM2, וערך התפוקה יעלה על טריליון יואן. זוהי דרך חשובה לשפר את יכולת ייצור החממה לשיפור תאורת החממה וביצועי הבידוד התרמי באמצעות אנרגיה חדשה, חומרים חדשים ועיצוב חממה חדש. ישנם חסרונות רבים בייצור חממה מסורתי, כמו פחם, שמן דלק ומקורות אנרגיה אחרים המשמשים לחימום וחימום בחממות מסורתיות, וכתוצאה מכך כמות גדולה של גז דו חמצני, שמזהם ברצינות את הסביבה, בעוד שגז טבעי, אנרגיה חשמלית ו מקורות אנרגיה אחרים מגדילים את עלות התפעול של חממות. חומרי אחסון חום מסורתיים לקירות חממה הם בעיקר חימר ולבנים, הצורכים הרבה וגורמים נזק קשה למשאבי היבשה. היעילות לשימוש בקרקע של חממה סולארית מסורתית עם קיר כדור הארץ היא רק 40% ~ 50%, ולחממה הרגילה יש יכולת אחסון חום לקויה, כך שהוא לא יכול לחיות לאורך החורף לייצר ירקות חמים בצפון סין. לפיכך, ליבת קידום שינוי חממה, או מחקר בסיסי טמונה בעיצוב החממה, מחקר ופיתוח של חומרים חדשים ואנרגיה חדשה. מאמר זה יתמקד במחקר ובחדשנות של מקורות אנרגיה חדשים בחממה, ותסכם את מצב המחקר של מקורות אנרגיה חדשים כמו אנרגיה סולארית, אנרגיית ביומסה, אנרגיה גיאותרמית, אנרגיית רוח וחומרי כיסוי שקופים חדשים, חומרי בידוד תרמיים וחומרי קיר ב חממה, נתח את היישום של אנרגיה חדשה וחומרים חדשים בבניית חממה חדשה, ומצפה לתפקידם בפיתוח ובפיכת החממה העתידית של החממה.

מחקר וחדשנות של חממה אנרגטית חדשה

האנרגיה החדשה הירוקה עם פוטנציאל הניצול החקלאי הגדול ביותר כוללת אנרגיה סולארית, אנרגיה גיאותרמית ואנרגיה ביומסה, או ניצול מקיף של מגוון מקורות אנרגיה חדשים, כדי להשיג שימוש יעיל באנרגיה על ידי למידה מהנקודות החזקות של זה.

אנרגיה סולארית/כוח

טכנולוגיית אנרגיה סולארית היא מצב אספקת אנרגיה נמוכה, יעילה ובת קיימא, והיא מהווה מרכיב חשוב בתעשיות המתעוררות האסטרטגיות של סין. זה יהפוך לבחירה בלתי נמנעת לשינוי ושדרוג מבנה האנרגיה של סין בעתיד. מנקודת המבט של ניצול האנרגיה, החממה עצמה היא מבנה מתקן לניצול אנרגיה סולארית. באמצעות אפקט החממה, האנרגיה הסולארית נאספת בתוך הבית, טמפרטורת החממה מוגברת והחום הדרוש לגידול היבול מסופק. מקור האנרגיה העיקרי לפוטוסינתזה של צמחי חממה הוא אור שמש ישיר, שהוא השימוש הישיר של אנרגיה סולארית.

01 ייצור כוח פוטו -וולטאי לייצור חום

ייצור חשמל פוטו -וולטאי הוא טכנולוגיה הממירה ישירות אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית המבוססת על אפקט פוטו -וולטאי. מרכיב המפתח בטכנולוגיה זו הוא תא סולארי. כאשר אנרגיה סולארית זורחת על מערך הפאנלים הסולאריים בסדרה או במקביל, רכיבי מוליכים למחצה ממירים ישירות את אנרגיית קרינת השמש לאנרגיה חשמלית. טכנולוגיה פוטו -וולטאית יכולה להמיר ישירות אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית, לאחסן חשמל דרך סוללות ולחמם את החממה בלילה, אך עלותה הגבוהה מגבילה את התפתחותה נוספת. קבוצת המחקר פיתחה מכשיר חימום גרפן פוטו-וולטאי, המורכב מפאנלים פוטו-וולטאיים גמישים, מכונת בקרה הפוכה של כל אחד, סוללת אחסון ומוט חימום גרפן. על פי אורך קו השתילה, מוט החימום הגרפן קבור מתחת לשקית המצע. במהלך היום הפאנלים הפוטו -וולטאיים סופגים קרינת סולארית כדי לייצר חשמל ולאחסן אותו בסוללת האחסון ואז החשמל משתחרר בלילה עבור מוט החימום הגרפן. במדידה בפועל מאומץ מצב בקרת הטמפרטורה של התחלת 17 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃. פועל בלילה (20: 00-08: 00 ביום השני) למשך 8 שעות, צריכת האנרגיה של חימום שורת צמחים בודדת היא 1.24 קילוואט שעה, והטמפרטורה הממוצעת של תיק המצע בלילה היא 19.2 ℃, שהוא 3.5 ~ 5.3 ℃ גבוה יותר מזה של השליטה. שיטת חימום זו בשילוב ייצור כוח פוטו -וולטאי פותרת את הבעיות של צריכת אנרגיה גבוהה וזיהום גבוה בחימום החממה בחורף.

02 המרה וניצול פוטותרמי

המרה פוטותרמית סולארית מתייחסת לשימוש במשטח אוסף אור שמש מיוחד העשוי מחומרי המרה פוטותרמיים לאיסוף ולספוג כמה שיותר אנרגיה סולארית המוקרנת עליו ולהמיר אותה לאנרגיית חום. בהשוואה ליישומים פוטו-וולטאיים סולאריים, יישומים פוטותרמיים סולאריים מגדילים את ספיגת הלהקה כמעט אינפרא אדום, כך שיש לה יעילות ניצול אנרגיה גבוהה יותר של אור שמש, עלות נמוכה יותר וטכנולוגיה בוגרת, והיא הדרך הנפוצה ביותר לשימוש באנרגיה סולארית.

הטכנולוגיה הבוגרת ביותר של המרה וניצול פוטותרמי בסין היא אספן השמש, שמרכיב הליבה שלו הוא ליבת צלחת ספיגת החום עם ציפוי ספיגה סלקטיבית, שיכולה להמיר את אנרגיית הקרינה השמשית העוברת דרך לוח הכיסוי לאנרגיית חום ולהעביר זה למדיום העובד סופג חום. ניתן לחלק את אספני השמש לשתי קטגוריות בהתאם לשאלה האם יש מרחב ואקום באספן או לא: אספני סולאריים שטוחים ואספני סולארי צינור ואקום; ריכוז אספני סולארי ואספני סולאריים שאינם מרוכזים בהתאם לשאלה האם קרינת השמש בנמל האור משנה כיוון; ואספני סולאריים נוזליים ואספני סולארי אוויר על פי סוג העברת החום המדיום העובד.

ניצול אנרגיה סולארית בחממה מתבצע בעיקר באמצעות סוגים שונים של אספנים סולאריים. אוניברסיטת אבן זור במרוקו פיתחה מערכת חימום אנרגיה סולארית פעילה (ASHS) להתחממות חממה, שיכולה להגדיל את ייצור העגבניות הכולל ב 55% בחורף. האוניברסיטה החקלאית בסין עיצבה ופיתחה קבוצה של מערכת איסוף ופריקה של מעריצי משטח, עם קיבולת איסוף חום של 390.6 ～ 693.0 MJ, והעלה את הרעיון של הפרדת תהליך איסוף החום מתהליך אחסון החום על ידי משאבת חום. אוניברסיטת בארי באיטליה פיתחה מערכת חימום פוליגנציה של חממה, המורכבת ממערכת אנרגיה סולארית ומשאבת חום של מי אוויר, ויכולה להגדיל את טמפרטורת האוויר ב -3.6% וטמפרטורת האדמה ב 92%. קבוצת המחקר פיתחה סוג של ציוד איסוף חום סולארי פעיל עם זווית נטייה משתנה לחממה סולארית, ומכשיר אחסון חום תומך לגוף מי חממה לאורך מזג האוויר. טכנולוגיית איסוף חום סולארית פעילה עם נטייה משתנה פורצת את המגבלות של ציוד איסוף חום חממה מסורתי, כגון יכולת איסוף חום מוגבלת, הצללה וכיבוש של אדמות מעובדות. על ידי שימוש במבנה החממה המיוחד של חממה סולארית, מנוצל במלואו את שטח החממה שאינו נטייה, מה שמשפר מאוד את יעילות השימוש של שטח החממה. בתנאי עבודה טיפוסיים שטופי שמש, מערכת איסוף החום הסולארית הפעילה עם נטייה משתנה מגיעה ל -1.9 MJ/(M2H), יעילות ניצול האנרגיה מגיעה ל 85.1% ושיעור החיסכון באנרגיה הוא 77%. בטכנולוגיית אחסון החום של חממה מוגדרת מבנה אחסון החום לשינוי רב-פאזי, קיבולת אחסון החום של מכשיר אחסון החום מוגברת והשחרור האיטי של החום מהמכשיר מתממש, כדי להבין את השימוש היעיל החום שנאסף על ידי ציוד איסוף החום הסולארי של חממה.

אנרגיית ביומסה

מבנה מתקן חדש בנוי על ידי שילוב של המכשיר המייצר חום ביומסה עם החממה, וחומרי הגלם של הביומסה כמו זבל חזיר, שאריות פטריות וקש נמלטים לחיבור חום, ואנרגיית החום הנוצרת מסופקת ישירות לבית החממה [ 5]. בהשוואה לחממה ללא מיכל חימום תסיסה ביומסה, חממה החימום יכולה להגדיל ביעילות את טמפרטורת הקרקע בחממה ולשמור על הטמפרטורה הנכונה של שורשי היבולים המעובדים באדמה באקלים הרגיל בחורף. נטילת חממה של בידוד תרמי א-סימטרי יחיד עם טווח של 17 מ 'ואורך של 30 מ' כדוגמה, ומוסיפה 8 מ 'פסולת חקלאית (קש עגבניות וחזירים מעורבבים) למיכל התסיסה המקורה לתסיסה טבעית מבלי להפוך את הערימה יכול הגדל את הטמפרטורה היומית הממוצעת של החממה ב -4.2 ℃ בחורף, וטמפרטורת המינימום היומית הממוצעת יכולה להגיע ל -4.6 ℃.

ניצול אנרגיה של תסיסה מבוקרת ביומסה היא שיטת תסיסה המשתמשת במכשירים וציוד כדי לשלוט בתהליך התסיסה על מנת להשיג במהירות ולנצל ביעילות אנרגיית חום ביומסה ודשן גז CO2, ביניהם אוורור ולחות הם גורמי המפתח לוויסות חום התסיסה וייצור גז של ביומסה. בתנאים מאווררים, מיקרואורגניזמים אירוביים בתסיסה ערימה משתמשים בחמצן לפעילויות חיים, וחלק מהאנרגיה הנוצרת משמשת לפעילות החיים שלהם, וחלק מהאנרגיה משתחרר לסביבה כאנרגיית חום, המועילה לטמפרטורה עליית הסביבה. מים לוקחים חלק בתהליך התסיסה כולו, ומספקים חומרים מזינים מסיסים נחוצים לפעילויות מיקרוביאליות, ובמקביל לשחרר את חום הערימה בצורה של קיטור דרך מים, כדי להפחית את הטמפרטורה של הערימה, מאריכים את חייו של מיקרואורגניזמים ומגדילים את הטמפרטורה בתפזורת של הערימה. התקנת מכשיר שטיפת קש ​​במיכל תסיסה יכולה להגדיל את הטמפרטורה המקורה ב -3 ~ 5 ℃ בחורף, לחזק את הפוטוסינתזה של הצמח ולהגדיל את תפוקת העגבניות ב- 29.6%.

אנרגיה גיאותרמית

סין עשירה במשאבים גיאותרמיים. נכון לעכשיו, הדרך הנפוצה ביותר למתקנים חקלאיים להשתמש באנרגיה גיאותרמית היא להשתמש במשאבת חום מקור קרקע, שיכולה להעביר מאנרגיית חום בדרגה נמוכה לאנרגיית חום בדרגה גבוהה על ידי הזנת כמות קטנה של אנרגיה בדרגה גבוהה (כגון אנרגיה חשמלית). שונה ממדדי החימום המסורתיים של החממה, חימום משאבת חום מקור הקרקע לא יכול רק להשיג אפקט חימום משמעותי, אלא גם יכולת לקרר את החממה ולהפחית את הלחות בחממה. המחקר של היישומים של משאבת חום מקורית קרקעית בתחום בניית הדיור בוגר. החלק הליבה שמשפיע על יכולת החימום והקירור של משאבת חום מקור קרקע הוא מודול חילופי החום התת-קרקעי, הכולל בעיקר צינורות קבורים, בארות תת קרקעיות וכו '. כיצד לעצב מערכת חילופי חום תת קרקעית עם עלות ואפקט מאוזנת תמיד היה המוקד המחקר של חלק זה. במקביל, שינוי הטמפרטורה של שכבת האדמה התת -קרקעית ביישום משאבת חום מקור קרקע משפיע גם על אפקט השימוש של מערכת משאבת החום. השימוש במשאבת החום של מקור הקרקע כדי לקרר את החממה בקיץ ולאחסן את אנרגיית החום בשכבת האדמה העמוקה יכול להקל על ירידת הטמפרטורה של שכבת האדמה התת -קרקעית ולשפר את יעילות ייצור החום של משאבת החום של מקור הקרקע בחורף.

נכון לעכשיו, במחקר הביצועים והיעילות של משאבת חום מקור הקרקע, דרך נתוני הניסוי בפועל, נוצר מודל מספרי עם תוכנה כמו Tough2 ו- TRNSYS, ומסקנה כי ביצועי החימום ומקדם הביצועים (COP (COP ) של משאבת חום מקור קרקע יכולה להגיע ל -3.0 ~ 4.5, שיש לה אפקט קירור וחימום טוב. במחקר של אסטרטגיית הפעולה של מערכת משאבת החום, פו יונז'ון ואחרים מצאו כי בהשוואה לזרימת הצד של העומס, זרימת הצד של המקור הקרקע משפיעה יותר על ביצועי היחידה ועל ביצועי העברת החום של הצינור הקבור ו בתנאי הגדרת הזרימה, ערך ה- COP המרבי של היחידה יכול להגיע ל -4.17 על ידי אימוץ תוכנית הפעולה של הפעלה למשך שעתיים ועצירה למשך שעתיים; שי הויקסיאן et. אימץ מצב פעולה לסירוגין של מערכת קירור אחסון מים. בקיץ, כאשר הטמפרטורה גבוהה, השוטר של מערכת אספקת האנרגיה כולה יכול להגיע ל -3.80.

טכנולוגיית אחסון חום אדמה עמוקה בחממה

אחסון חום אדמה עמוק בחממה נקרא גם "בנק אחסון חום" בחממה. נזק קר בחורף ובטמפרטורה הגבוהה בקיץ הם המכשולים העיקריים לייצור החממה. בהתבסס על יכולת אחסון החום החזקה של אדמה עמוקה, קבוצת המחקר עיצבה מכשיר אחסון חום עמוק מתחת לאדמה. המכשיר הוא צינור העברת חום מקביל לשכבה כפולה הקבורה בעומק 1.5 ～ 2.5 מ 'מתחת לאדמה בחממה, עם כניסת אוויר בחלקו העליון של החממה ושקע אוויר בשטח. כאשר הטמפרטורה בחממה גבוהה, האוויר המקורה נשאב בכוח לאדמה על ידי מאוורר כדי לממש אחסון חום והפחתת טמפרטורה. כאשר הטמפרטורה של החממה נמוכה, חום מופק מהאדמה כדי לחמם את החממה. תוצאות הייצור והיישום מראות כי המכשיר יכול להגדיל את טמפרטורת החממה ב -2.3 ℃ בליל החורף, להפחית את הטמפרטורה המקורה ב -2.6 ℃ ביום הקיץ ולהגדיל את תפוקת העגבניות ב- 1500 ק"ג ב 667 מ '²ו המכשיר עושה שימוש מלא במאפיינים של "חם בחורף וקריר בקיץ" ו"טמפרטורה קבועה "של אדמה תת קרקעית עמוקה, מספק" בנק גישה לאנרגיה "לחממה, ומשלים ללא הפסקה את פונקציות העזר של קירור וחימום חממה ו

תיאום רב אנרגטי

שימוש בשני סוגי אנרגיה או יותר לחימום החממה יכול לפצות ביעילות את החסרונות מסוג אנרגיה יחידה, ולתת משחק לאפקט הסופרפוזיציה של "אחד פלוס אחד גדול משניים". שיתוף הפעולה המשלים בין אנרגיה גיאותרמית לאנרגיה סולארית הוא נקודה חמה מחקרית של ניצול אנרגיה חדש בייצור החקלאי בשנים האחרונות. Emmi et. למד מערכת אנרגיה מרובת מקורות (איור 1), המצוידת באספן סולארי היברידי פוטו-וולטאי. בהשוואה למערכת משאבת חום המים הנפוצה, יעילות האנרגיה של מערכת האנרגיה הרב-מקורית משופרת ב- 16%~ 25%. Zheng et. פיתח סוג חדש של מערכת אחסון חום משולבת של אנרגיה סולארית ומשאבת חום מקור קרקע. מערכת האספנים הסולארית יכולה לממש אחסון עונתי איכותי של חימום, כלומר חימום איכותי בחורף ובקירור איכותי בקיץ. מחליף החום הצינור הקבור ומיכל אחסון החום לסירוגין יכולים כולם לפעול היטב במערכת, וערך ה- COP של המערכת יכול להגיע ל 6.96.

בשילוב עם אנרגיה סולארית, היא שואפת להפחית את צריכת הכוח המסחרי ולהעצים את היציבות של אספקת החשמל הסולארית בחממה. Wan ya et. הציבו תוכנית טכנולוגית שליטה חכמה חדשה של שילוב ייצור חשמל סולארי עם כוח מסחרי לחימום חממה, שיכולה לעשות שימוש בכוח פוטו -וולטאי כשיש אור, והפכו אותו לכוח מסחרי כשאין אור, ומפחית מאוד את מחסור כוח העומס דרג והפחתת העלות הכלכלית מבלי להשתמש בסוללות.

אנרגיה סולארית, אנרגיה ביומסה ואנרגיה חשמלית יכולים לחמם חממות משותפות, שיכולות גם להשיג יעילות חימום גבוהה. ג'אנג ליאנגרוי ואחרים שילבו איסוף חום צינור ואקום סולארי עם מיכל מים אחסון בחום בעמק. למערכת החימום של החממה יש נוחות תרמית טובה, ויעילות החימום הממוצעת של המערכת היא 68.70%. מיכל המים לאחסון החום החשמלי הוא מכשיר אחסון מים לחימום ביומסה עם חימום חשמלי. מוגדרת הטמפרטורה הנמוכה ביותר של כניסת מים בקצה החימום, ואסטרטגיית הפעולה של המערכת נקבעת על פי טמפרטורת אחסון המים של חלק איסוף החום הסולארי וחלק אחסון החום של הביומסה, כדי להשיג טמפרטורת חימום יציבה ב- סיום חימום וחוסך אנרגיה חשמלית וחומרי אנרגיה ביומסה במידה המרבית.

מחקר חדשני ויישום של חומרי חממה חדשים

עם התרחבות שטח החממה, נחשפים יותר ויותר החסרונות של חומרי חממה מסורתיים כמו לבנים ואדמה. לכן, על מנת לשפר עוד יותר את הביצועים התרמיים של חממה ולענות על צרכי הפיתוח של החממה המודרנית, ישנם מחקרים ויישומים רבים של חומרי כיסוי שקופים חדשים, חומרי בידוד תרמי וחומרי קיר.

מחקר ויישום של חומרי כיסוי שקופים חדשים

סוגי חומרי הכיסוי השקופים לחממה כוללים בעיקר סרט פלסטיק, זכוכית, פאנל סולארי ופאנל פוטו -וולטאי, ביניהם סרט הפלסטיק יש אזור היישום הגדול ביותר. לסרט ה- PE של החממה המסורתית יש פגמים של חיי שירות קצרים, אי השפלה ותפקוד יחיד. נכון לעכשיו, מגוון סרטים פונקציונליים חדשים פותחו על ידי הוספת ריאגנטים או ציפויים פונקציונליים.

סרט המרה קל:סרט המרת האור משנה את התכונות האופטיות של הסרט באמצעות חומרי המרה קלים כמו חומרי כדור הארץ וננו נדירים, ויכול להמיר את אזור האור האולטרה סגול לאור כתום אדום ואור סגול כחול הנדרש על ידי פוטוסינתזה של צמח, ובכך מגביר את תפוקת היבול והפחתת היבול הנזק של אור אולטרה סגול לגידולים וסרטי חממה בחממות מפלסטיק. לדוגמה, סרט החממה הסגול לאדום-פס רחב-אדום עם סוכן המרה של VTR-660 יכול לשפר משמעותית את העברת האינפרא אדום כאשר הוא מיושם בחממה, ובהשוואה לחממה הבקרה, תשואת העגבניות לכל דונם, ויטמין C ותכולת ליקופן מוגדלים משמעותית ב- 25.71%, 11.11% ו- 33.04% בהתאמה. עם זאת, נכון לעכשיו, עדיין יש ללמוד את חיי השירות, השפלה ועלותו של סרט המרת האור החדש.

זכוכית מפוזרת: זכוכית מפוזרת בחממה היא דפוס מיוחד וטכנולוגיית אנטי-השתקפות על פני הזכוכית, שיכולה למקסם את אור השמש לאור מפוזר ולהיכנס לחממה, לשפר את יעילות הפוטוסינתזה של יבולים ולהגדיל את תפוקת היבול. זכוכית פיזור הופכת את האור הנכנס לחממה לאור מפוזר דרך דפוסים מיוחדים, ואת האור המפוזר יכול להיות מוקרן באופן שווה יותר לחממה, ולבטל את השפעת הצל של השלד על החממה. בהשוואה לזכוכית צף רגילה וזכוכית צף לבנה במיוחד, הסטנדרט של העברת אור של זכוכית פיזור הוא 91.5%, וזה של זכוכית ציפה רגילה הוא 88%. עבור כל עלייה של 1% בהעברת האור בתוך החממה, ניתן להגדיל את התשואה בכ -3%, והסוכר המסיס והוויטמין C בפירות וירקות עלו. זכוכית פיזור בחממה מצופה תחילה ואז מחוסמת, וקצב ההתפתחות העצמית הגבוה מהתקן הלאומי, ומגיע ל -2 ‰.

מחקר ויישום של חומרי בידוד תרמיים חדשים

חומרי הבידוד התרמי המסורתיים בחממה כוללים בעיקר מחצלת קש, שמיכת נייר, שמיכת בידוד תרמית מורגשת מחוצה וכו ', המשמשים בעיקר לבידוד תרמי פנימי וחיצוני של גגות, בידוד קיר ובידוד תרמי של כמה מכשירי אחסון חום ואיסוף חום ו לרובם יש את הפגם באובדן ביצועי הבידוד התרמי בגלל לחות פנימית לאחר שימוש לטווח הארוך. לפיכך, ישנם יישומים רבים של חומרי בידוד תרמיים גבוהים חדשים, ביניהם שמיכת בידוד תרמית חדשה, מכשירי אחסון חום ואיסוף חום הם המוקד המחקרי.

חומרי בידוד תרמיים חדשים מיוצרים בדרך כלל על ידי עיבוד והרכבה של חומרים אטומים למים ועמידים להזדקנות כמו סרט ארוג ומרגישים מצופים עם חומרי בידוד תרמיים רכים כמו כותנה מצופה ריסוס, קשמיר שונות וכותנה פנינה. שמיכת בידוד תרמי כותנה מצופה ריסוס ארוג נבדקה בצפון מזרח סין. נמצא כי הוספת כותנה מצופה ריסוס של 500 גרם הייתה שווה לביצוע הבידוד התרמי של שמיכת בידוד תרמית של 4500 גרם שחור בשוק. באותם תנאים, שופרו ביצועי הבידוד התרמי של כותנה מצופה ריסוס של 700 גרם על ידי 1 ~ 2 ℃ בהשוואה לזו של שמיכת בידוד תרמי כותנה מרסס 500 גרם. במקביל, מחקרים אחרים מצאו כי בהשוואה לשמיכות הבידוד התרמיות הנפוצות בשוק, השפעת הבידוד התרמי של כותנה מצופה ריסוס ושיוך בידוד תרמי של קשמיר שונות, עם שיעורי הבידוד התרמי של 84.0% ו- 83.3 %בהתאמה. כאשר הטמפרטורה החיצונית הקרה ביותר היא -24.4 ℃, הטמפרטורה המקורה יכולה להגיע ל -5.4 ו -4.2 ℃ בהתאמה. בהשוואה לשמיכה בידוד שמיכת קש יחיד, לשמיכה החדשה של בידוד מורכב יש יתרונות של משקל קל, קצב בידוד גבוה, עמידות חזקה למים ועמידות להזדקנות, ויכולים לשמש כסוג חדש של חומר בידוד יעיל גבוה לחממות סולאריות.

יחד עם זאת, על פי המחקר של חומרי בידוד תרמי למכשירי איסוף חום חממה, נמצא גם כי כאשר העובי זהה, חומרי בידוד תרמי מרוכבים מרובי שכבות יש ביצועים טובים יותר לבידוד תרמי מאשר חומרים בודדים. הצוות של פרופסור לי ג'יאנמינג מאוניברסיטת צפון -מערב A&F עיצב והוקרן 22 סוגים של חומרי בידוד תרמיים של מכשירי אחסון מי חממה, כמו לוח ואקום, Airgel וכותנה גומי, ומדד את תכונותיהם התרמיות. התוצאות הראו כי ציפוי בידוד תרמי 80 מ"מ+Airgel+בידוד תרמי גומי-פלסטיק חומר בידוד מורכב כותנה יכול להפחית את פיזור החום ב- 0.367MJ ליחידת זמן לעומת כותנה פלסטית גומי 80 מ"מ, ומקדם העברת החום שלו היה 0.283W/(M2 · K) כאשר עובי שילוב הבידוד היה 100 מ"מ.

חומר לשינוי שלב הוא אחד המקומות החמים במחקר חומרי חממה. אוניברסיטת צפון -מערב A&F פיתחה שני סוגים של מכשירי אחסון חומרי שינוי שלב: האחד הוא קופסת אחסון העשויה מפוליאתילן שחור, בגודל של 50 ס"מ × 30 ס"מ × 14 ס"מ (אורך × גובה × עובי) ומלא בחומרים לשינוי פאזה, כך שהוא יכול לאחסן חום ולשחרר חום; שנית, מפותח סוג חדש של קיר לשינוי פאזה. קיר החלפת פאזה מורכב מחומר לשינוי פאזה, צלחת אלומיניום, צלחת אלומיניום-פלסטית וסגסוגת אלומיניום. חומר שינוי הפאזה ממוקם במיקום המרכזי ביותר של הקירות, ומפרטו הוא 200 מ"מ × 200 מ"מ × 50 מ"מ. זהו מוצק אבקתי לפני שינוי שלב ואחריו, ואין שום תופעה של נמס או זרימה. ארבעת הקירות של חומר שינוי הפאזה הם צלחת אלומיניום וצלחת אלומיניום-פלסטית, בהתאמה. מכשיר זה יכול לממש את הפונקציות של בעיקר אחסון חום במהלך היום ובעיקר לשחרר חום בלילה.

לפיכך, ישנן בעיות ביישום של חומר בידוד תרמי יחיד, כגון יעילות בידוד תרמית נמוכה, אובדן חום גדול, זמן אחסון חום קצר וכו ' כיסוי שכבה של התקן אחסון חום יכול לשפר ביעילות את ביצועי הבידוד התרמי של חממה, להפחית את אובדן החום של החממה, ובכך להשיג את ההשפעה של חיסכון באנרגיה.

מחקר ויישום של קיר חדש

כסוג של מבנה מארז, הקיר הוא מחסום חשוב להגנה הקרה של החממה ולשימור החום של החממה. על פי חומרי הקיר והמבנים, ניתן לחלק את פיתוח הקיר הצפוני של החממה לשלושה סוגים: קיר שכבה יחידה עשוי אדמה, לבנים וכו ', והקיר הצפוני בשכבות העשויות לבני חרס, לבני בלוק, לוחות קלקר וכו ', עם אחסון חום פנימי ובידוד חום חיצוני, ורוב הקירות הללו גוזלים זמן ואינטנסיבי עבודה; לפיכך, בשנים האחרונות הופיעו סוגים חדשים של קירות חדשים, שקל לבנות ומתאימים להרכבה מהירה.

הופעתם של קירות שהורכבו מסוג חדש מקדמת התפתחות מהירה של חממות מורכבות, כולל קירות מורכבים מסוג חדש עם חומרים חיצוניים עמידים למים ואנטי אייג'ינג וחומרים כמו לבד, כותנה פנינה, כותנה בחלל, כותנה זכוכית או כותנה ממוחזרת כחום שכבות בידוד, כמו קירות גמישים של כותנה קשורה בריסוס ב- Xinjiang. בנוסף, מחקרים אחרים דיווחו גם על הקיר הצפוני של החממה המורכבת עם שכבת אחסון חום, כמו בלוק מרגמה מלאת חיטה מלאת לבנים ב- Xinjiang. תחת אותה סביבה חיצונית, כאשר הטמפרטורה החיצונית הנמוכה ביותר היא -20.8 ℃, הטמפרטורה בחממה הסולארית עם קיר מורכב של פגז חיטה היא 7.5 ℃, ואילו הטמפרטורה בחממה הסולארית עם קיר בטון לבנה היא 3.2 ℃. ניתן לקדם את זמן הקציר של העגבנייה בחממה לבנים ב -16 יום, וניתן להגדיל את התשואה של חממה יחידה ב -18.4%.

צוות המתקנים של אוניברסיטת צפון -מערב A&F הציג את הרעיון העיצובי של יצירת קש, אדמה, מים, אבן ושלב שינוי חומרים לבידוד תרמי ומודולי אחסון חום מזווית האור ועיצוב הקיר הפשוט, שקידמו את מחקר היישומים של המורכבים המודולריים המורכבים קִיר. לדוגמה, בהשוואה לחממה רגילה של קיר לבנים, הטמפרטורה הממוצעת בחממה גבוהה 4.0 ℃ יותר ביום שמש טיפוסי. שלושה סוגים של מודולי מלט שינוי שלב אורגני, העשויים מחומר לשינוי פאזות (PCM) ומלט, צברו חום של 74.5, 88.0 ו- 95.1 mJ/m³, וחום שוחרר של 59.8, 67.8 ו- 84.2 mJ/m³, בהתאמה. יש להם את הפונקציות של "חיתוך שיא" בשעות היום, "מילוי עמק" בלילה, סופג חום בקיץ ושחרור חום בחורף.

קירות חדשים אלה מורכבים באתר, עם תקופת בנייה קצרה וחיי שירות ארוכים, היוצרים תנאים לבניית אור, מפושטים ומורכבים במהירות חממות טרומי, ויכולים לקדם מאוד את הרפורמה המבנית של חממות. עם זאת, ישנם כמה פגמים בקיר מסוג זה, כמו קיר שמיכת בידוד תרמי כותנה עם ריסוס יש ביצועי בידוד תרמי מצוינים, אך חסר יכולת אחסון חום, ולחומר הבנייה לשינוי שלב יש את הבעיה של עלות שימוש גבוהה. בעתיד יש לחזק את מחקר היישומים של הקיר המורכב.

אנרגיה חדשה, חומרים חדשים ועיצובים חדשים עוזרים למבנה החממה להשתנות.

המחקר והחדשנות של אנרגיה חדשה וחומרים חדשים מספקים את הבסיס לחדשנות העיצובית של חממה. חממה סולארית וחוסכת אנרגיה וסככת קשת הם מבני הסככה הגדולים ביותר בייצור החקלאי של סין, והם ממלאים תפקיד חשוב בייצור החקלאי. עם זאת, עם פיתוח הכלכלה החברתית של סין, מוצגים יותר ויותר את החסרונות של שני סוגי מבני המתקנים. ראשית, המרחב של מבני המתקן הוא קטן ומידת המנגנון נמוכה; שנית, לחממה הסולארית חסכון באנרגיה יש בידוד תרמי טוב, אך השימוש בקרקע נמוך, וזה שווה להחלפת אנרגיית החממה באדמה. לשפוך קשת רגילה לא רק יש שטח קטן, אלא יש גם בידוד תרמי לקוי. למרות שלחממה מרובי תוחם יש מקום גדול, יש לו בידוד תרמי לקוי וצריכת אנרגיה גבוהה. לפיכך, חובה לחקור ולפתח את מבנה החממה המתאים לרמה החברתית והכלכלית הנוכחית של סין, ומחקר ופיתוח של אנרגיה חדשה וחומרים חדשים יסייעו למבנה החממה לשנות ולייצר מגוון של דגמי או מבנים חממה חדשניים.

מחקר חדשני בנושא חממה מבשלת מים אסימטרית בשליטה אסימטרית

חממה מבשלת מים אסימטרית בשליטת מים (מספר פטנט: ZL 201220391214.2) מבוסס על העיקרון של חממה של אור השמש, ומשנה את המבנה הסימטרי של חממה מפלסטיק רגיל, ומגדיל את הטווח הדרומי, ומגדיל את שטח התאורה של הגג הדרומי, וצמצום הטווח הצפוני והפחתת אזור פיזור החום, עם טווח של 18 ~ 24 מ 'וגובה רכס של 6 ~ 7M. באמצעות חדשנות בעיצוב, המבנה המרחבי הוגדל באופן משמעותי. במקביל, בעיות של חום לא מספיק בחממה בחורף ובידוד תרמי לקוי של חומרי בידוד תרמי נפוצים נפתרים על ידי שימוש בטכנולוגיה חדשה של חום ביומסה ביומסה וחומרי בידוד תרמי. תוצאות הייצור והמחקר מראות כי חממה מבשלת מים אסימטרית רחבה-שולטת, עם טמפרטורה ממוצעת של 11.7 ℃ בימי שמש ו -10.8 ℃ בימים מעוננים, יכולה לענות על הביקוש לגידול היבול בחורף, ועלויות הבנייה של החממה מופחתת ב -39.6% ושיעור השימוש בקרקע מוגדל ביותר מ- 30% בהשוואה לזה של חממה של קיר לבנים קלקר, המתאים להמשך הפופולריות והיישום באגן הנהר הצהוב של Huaihe של סין.

חממה של אור שמש מורכבת

חממה של אור השמש המורכב לוקחת עמודים ושלד גג כמבנה נושאי עומס, וחומר הקיר שלו הוא בעיקר מארז בידוד חום, במקום לשאת ושחרור חום פסיבי. בעיקר: (1) סוג חדש של קיר מורכב נוצר על ידי שילוב של חומרים שונים כמו סרט מצופה או צלחת פלדה צבעונית, בלוק קש, שמיכת בידוד תרמית גמישה, בלוק מרגמה וכו '(2) לוח קיר מורכב העשוי מלוח מלט טרומי מועצת המנהלים של הפוליסטיירן; (3) סוג הרכבה קל ופשוט של חומרי בידוד תרמיים עם מערכת אחסון ושחרור פעילה של מערכת ומערכת הלחות, כגון אחסון חום דלי ריבועי פלסטיק ואחסון חום צינור. באמצעות חומרי בידוד חום חדשים וחומרי אחסון חום במקום קיר אדמה מסורתי לבניית חממה סולארית יש שטח גדול והנדסה אזרחית קטנה. תוצאות הניסוי מראות כי הטמפרטורה של החממה בלילה בחורף גבוהה 4.5 ℃ גבוהה מזו של החממה המסורתית-קיר, ועובי הקיר האחורי הוא 166 מ"מ. בהשוואה לחממה של קיר לבנים בעובי 600 מ"מ, השטח הכבוש של הקיר מצטמצם ב- 72%, והעלות למ"ר היא 334.5 יואן, שנמצאת ב -157.2 יואן מזו של חממה של קיר הלבנים, ועלות הבנייה צנח משמעותית. לפיכך, לחממה המורכבת היתרונות של הרס קרקעות פחות מעובד, הצלת קרקעות, מהירות בנייה מהירה וחיי שירות ארוכים, וזה כיוון מרכזי לחדשנות ופיתוח חממות סולאריות כרגע ובעתיד.

חממה של אור שמש

החממה הסולארית החוסכת באנרגיה המורכבת על ידי סקייטבורד שפותחה על ידי האוניברסיטה החקלאית של שניאנג משתמשת בקיר האחורי של החממה הסולארית ליצירת מערכת אחסון חום המסתובבת בקיר לאחסון חום ולהעלאת הטמפרטורה, המורכבת בעיקר מבריכה (32 מ '³), צלחת איסוף אור (360 מ '²), משאבת מים, צינור מים ובקר. שמיכת הבידוד התרמית הגמישה מוחלפת על ידי חומר צלחת פלדה צבעוני בצמר צמר קל חדש בחלקו העליון. המחקר מראה כי תכנון זה פותר למעשה את בעיית הגייטל החוסמת את האור, ומגדיל את אזור הכניסה האור של החממה. זווית התאורה של החממה היא 41.5 מעלות, שהיא כמעט 16 מעלות מזו של חממה הבקרה, ובכך משפרת את קצב התאורה. חלוקת הטמפרטורה המקורה אחידה, והצמחים צומחים בצורה מסודרת. לחממה היתרונות של שיפור יעילות השימוש בקרקע, תכנון גמיש בגודל חממה וקיצור תקופת הבנייה, שהיא חשובה רבה להגנה על משאבי קרקע וסביבה מעובדים.

חממה פוטו -וולטאית

חממה חקלאית היא חממה המשלבת ייצור כוח פוטו-וולטאי סולארי, בקרת טמפרטורה חכמה ונטיעת היי-טק מודרנית. היא מאמצת מסגרת עצם פלדה ומכוסה במודולים פוטו -וולטאיים סולאריים כדי להבטיח את דרישות התאורה של מודולי ייצור חשמל פוטו -וולטאי ודרישות התאורה של החממה כולה. הזרם הישיר שנוצר על ידי אנרגיה סולארית משלים ישירות את אור החממות החקלאיות, תומך ישירות בפעולה הרגילה של ציוד חממה, מניע את השקיה של משאבי מים, מגדיל את טמפרטורת החממה ומקדמת צמיחה מהירה של יבולים. מודולים פוטו -וולטאיים בדרך זו ישפיעו על יעילות התאורה של גג החממה, ואז ישפיעו על הצמיחה הרגילה של ירקות חממה. לפיכך, הפריסה הרציונאלית של לוחות פוטו -וולטאיים על גג החממה הופכת לנקודת המפתח של היישום. חממה חקלאית היא תוצר של השילוב האורגני של חקלאות סיורים וגינון מתקנים, והיא תעשייה חקלאית חדשנית המשלבת ייצור כוח פוטו -וולטאי, סיור חקלאי, גידולים חקלאיים, טכנולוגיה חקלאית, נוף ופיתוח תרבותי.

תכנון חדשני של קבוצת חממה עם אינטראקציה אנרגטית בין סוגים שונים של חממות

גואו וונצ'ונג, חוקר באקדמיה למדעי החקלאות והייעור של בייג'ינג, משתמש בשיטת החימום של העברת אנרגיה בין חממות כדי לאסוף את אנרגיית החום שנותרה בחממה אחת או יותר כדי לחמם חממות אחרות או יותר. שיטת חימום זו מבינה את העברת אנרגיית החממה בזמן ובמרחב, משפרת את יעילות ניצול האנרגיה של אנרגיית החום החממה הנותרת ומפחיתה את צריכת האנרגיה החימומית הכוללת. שני סוגי החממות יכולים להיות סוגי חממה שונים או אותו סוג חממה לנטיעת גידולים שונים, כמו חסה וחממות עגבניות. שיטות איסוף חום כוללות בעיקר חילוץ חום אוויר מקורה ויירוט ישיר קרינה אירועים. באמצעות אוסף אנרגיה סולארית, הוצא הסעה מאולצת על ידי מחליף חום ומיצוי מאולץ על ידי משאבת חום, חולץ החום העודף בחממה בעלת אנרגיה גבוהה לחממה.

לְסַכֵּם

חממות סולאריות חדשות אלה הן בעלות היתרונות של הרכבה מהירה, תקופת הבנייה המקוצרת ושיפור שיעור השימוש בקרקע. לפיכך, יש לחקור עוד יותר את הביצועים של חממות חדשות אלה באזורים שונים, ולספק אפשרות לפופולריזציה רחבת היקף ויישום של חממות חדשות. יחד עם זאת, יש צורך לחזק ברציפות את היישום של אנרגיה חדשה וחומרים חדשים בחממות, כדי לספק כוח לרפורמה המבנית של חממות.

סיכוי עתידי וחשיבה

לחממות מסורתיות יש לעתים קרובות כמה חסרונות, כמו צריכת אנרגיה גבוהה, קצב ניצול קרקע נמוך, זמן רב וצורך עבודה, ביצועים לקויים וכו ', שאינם יכולים עוד לענות על צרכי הייצור של החקלאות המודרנית, והם אמורים להיות בהדרגה מבוטל. לפיכך, מדובר במגמת פיתוח להשתמש במקורות אנרגיה חדשים כמו אנרגיה סולארית, אנרגיית ביומסה, אנרגיה גיאותרמית ואנרגיית רוח, חומרי יישום חממה חדשים ועיצובים חדשים לקידום שינוי המבני של החממה. ראשית, החממה החדשה המונעת על ידי אנרגיה חדשה וחומרים חדשים אמורה לא רק לענות על צרכי הפעולה הממוכנת, אלא גם לחסוך אנרגיה, אדמה ועלות. שנית, יש צורך לחקור כל העת את הביצועים של חממות חדשות באזורים שונים, כך כתנאי טופרייד לפופולריזציה רחבת היקף של חממות. בעתיד, עלינו לחפש עוד יותר אנרגיה חדשה וחומרים חדשים המתאימים ליישום חממה, ולמצוא את השילוב הטוב ביותר של אנרגיה חדשה, חומרים חדשים וחממה, כדי לאפשר לבנות חממה חדשה עם עלות נמוכה, בנייה קצרה תקופה, צריכת אנרגיה נמוכה וביצועים מצוינים, עוזרים למבנה החממה לשנות ולקדם את התפתחות המודרניזציה של חממות בסין.

למרות שהיישום של אנרגיה חדשה, חומרים חדשים ועיצובים חדשים בבניית חממה הם מגמה בלתי נמנעת, עדיין ישנן בעיות רבות שיש ללמוד ולהתגבר עליהן: (1) עלות הבנייה עולה. בהשוואה לחימום המסורתי עם פחם, גז טבעי או נפט, יישום אנרגיה חדשה וחומרים חדשים הוא ידידותי לסביבה ונטול זיהום, אך עלות הבנייה מוגברת משמעותית, מה שיש לו השפעה מסוימת על התאוששות ההשקעה של ייצור ותפעול ו בהשוואה לשימוש באנרגיה, עלות החומרים החדשים תגדל משמעותית. (2) ניצול לא יציב של אנרגיית החום. היתרון הגדול ביותר של ניצול אנרגיה חדש הוא עלות הפעלה נמוכה ופליטת דו תחמוצת הפחמן הנמוכה, אך אספקת האנרגיה והחום אינה יציבה, וימים מעוננים הופכים לגורם המגביל הגדול ביותר בניצול האנרגיה הסולארית. בתהליך של ייצור חום ביומסה על ידי תסיסה, השימוש האפקטיבי של אנרגיה זו מוגבל על ידי בעיות של אנרגיית חום בתסיסה נמוכה, ניהול ובקרה קשה, ושטח אחסון גדול להובלת חומרי גלם. (3) בגרות טכנולוגית. טכנולוגיות אלה המשמשות אנרגיה חדשה וחומרים חדשים הם מחקרים והישגים טכנולוגיים מתקדמים, ותחום היישום וההיקף שלהם עדיין מוגבלים למדי. הם לא עברו פעמים רבות, אתרים רבים ואימות תרגול בקנה מידה גדול, ויש בהכרח כמה ליקויים ותכנים טכניים שצריך לשפר את היישום. משתמשים מכחישים לעתים קרובות את קידום הטכנולוגיה בגלל הליקויים הקלים. (4) שיעור החדירה הטכנולוגית הוא נמוך. היישום הרחב של הישג מדעי וטכנולוגי דורש פופולריות מסוימת. נכון לעכשיו, אנרגיה חדשה, טכנולוגיה חדשה וטכנולוגיית עיצוב חממה חדשה נמצאים כולם בצוות של מרכזי מחקר מדעיים באוניברסיטאות עם יכולת חדשנות מסוימת, ורוב הדרישות הטכניות או המעצבים עדיין לא יודעים; יחד עם זאת, הפופולריות והיישום של טכנולוגיות חדשות עדיין מוגבלות למדי מכיוון שציוד הליבה של טכנולוגיות חדשות מוגבלות בפטנט. (5) יש לחזק עוד יותר את שילוב האנרגיה החדשה, חומרים חדשים ועיצוב מבנה חממה. מכיוון שאנרגיה, חומרים ועיצוב מבנה חממה שייכים לשלוש תחומים שונים, כישרונות עם ניסיון בעיצוב חממה חסרים לעתים קרובות מחקר על אנרגיה וחומרים הקשורים לחממה, ולהיפך; לפיכך, חוקרים הקשורים למחקר אנרגיה וחומרים צריכים לחזק את החקירה וההבנה של הצרכים בפועל של פיתוח תעשיית החממה, ומעצבים מבניים צריכים גם ללמוד חומרים חדשים ואנרגיה חדשה לקידום האינטגרציה העמוקה של שלושת מערכות היחסים, כדי להשיג המטרה של טכנולוגיית מחקר מעשית של חממה, עלות בנייה נמוכה ואפקט שימוש טוב. בהתבסס על הבעיות לעיל, מוצע כי על המדינה, הממשלות המקומיות ומרכזי המחקר המדעיים להעצים את המחקר הטכני, לבצע מחקר משותף לעומק, לחזק את הפרסום של הישגים מדעיים וטכנולוגיים, לשפר את הפופולריזציה של הישגים ומבין במהירות את מטרת אנרגיה חדשה וחומרים חדשים שיעזרו לפיתוח חדש של תעשיית החממה.

ציטט מידע

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. אנרגיה חדשה, חומרים חדשים ועיצוב חדש עוזרים למהפכה החדשה של חממה [J]. ירקות, 2022, (10): 1-8.