חממה טכנולוגיית הנדסה חקלאית חקלאית גננות 2022-12-02 17:30 פורסם בבייג'ינג

פיתוח חממות סולאריות באזורים לא מעובדים כמו מדבר, גובי ואדמה חולית פתר למעשה את הסתירה בין מזון וירקות המתחרים על הקרקע. זהו אחד הגורמים הסביבתיים המכריעים לצמיחה והתפתחות של גידולי טמפרטורה, אשר קובעים לעתים קרובות את ההצלחה או הכישלון של ייצור גידולי חממה. לכן, כדי לפתח חממות סולאריות באזורים לא מעובדים, עלינו לפתור תחילה את בעיית הטמפרטורה הסביבתית של חממות. במאמר זה מסוכמים שיטות בקרת הטמפרטורה שנעשה בהן שימוש בחממות אדמה לא מעובדות בשנים האחרונות, ומנתחים ומסוכמים הבעיות הקיימות וכיוון הפיתוח של טמפרטורה והגנה על הסביבה בחממות סולאריות באדמה שאינה מעובדת.

בסין יש אוכלוסייה גדולה ומשאבי קרקע פחות זמינים. יותר מ-85% ממשאבי הקרקע הם משאבי אדמה לא מעובדים, המרוכזים בעיקר בצפון מערב סין. מסמך מס' 1 של הוועד המרכזי בשנת 2022 הצביע על כך שיש להאיץ את פיתוח החקלאות המתקנים, ועל בסיס הגנה על הסביבה האקולוגית, יש לחקור את הקרקע הפנויה והשממה הניתנים לניצול לפיתוח חקלאות מתקנים. צפון מערב סין עשירה במדבר, גובי, שממה ושאר משאבי אדמה לא מעובדים ומשאבי אור וחום טבעיים, המתאימים לפיתוח חקלאות מתקנים. לפיכך, לפיתוח וניצול משאבי קרקע לא מעובדים לפיתוח חממות אדמה לא מעובדות יש משמעות אסטרטגית רבה להבטחת ביטחון תזונתי לאומי ולהקלה על סכסוכי שימוש בקרקע.

נכון להיום, חממה סולארית לא מעובדת היא הצורה העיקרית של פיתוח חקלאי ביעילות גבוהה באדמה לא מעובדת. בצפון מערב סין הפרש הטמפרטורות בין היום ללילה גדול, והטמפרטורה בלילה בחורף נמוכה, מה שמוביל פעמים רבות לתופעה שהטמפרטורה המינימלית בתוך הבית נמוכה מהטמפרטורה הנדרשת לגדילה והתפתחות תקינה של יבולים. טמפרטורה היא אחד הגורמים הסביבתיים ההכרחיים לצמיחה והתפתחות של יבולים. טמפרטורה נמוכה מדי תאט את התגובה הפיזיולוגית והביוכימית של יבולים ותאט את צמיחתם והתפתחותם. כאשר הטמפרטורה נמוכה מהגבול שהיבולים יכולים לשאת, זה אפילו יוביל לפציעת הקפאה. לכן, חשוב במיוחד להבטיח את הטמפרטורה הנדרשת לצמיחה והתפתחות תקינה של יבולים. כדי לשמור על הטמפרטורה הנכונה של חממה סולארית, זה לא מדד אחד שניתן לפתור. זה צריך להיות מובטח מההיבטים של עיצוב חממה, בנייה, בחירת חומרים, רגולציה וניהול יומיומי. לכן, מאמר זה יסכם את מצב המחקר וההתקדמות של בקרת הטמפרטורה של חממות לא מעובדות בסין בשנים האחרונות מהיבטים של תכנון ובניית חממות, אמצעי שימור וחימום חום וניהול סביבתי, כדי לספק התייחסות שיטתית עבור תכנון וניהול רציונלי של חממות לא מעובדות.

מבנה חממה וחומרים

הסביבה התרמית של החממה תלויה בעיקר ביכולת השידור, היירוט והאחסון של חממה לקרינת שמש, הקשורה לתכנון הסביר של כיוון החממה, הצורה והחומר של משטח מעביר אור, מבנה וחומר הקיר והגג האחורי, בידוד היסודות, גודל החממה, אופן בידוד הלילה וחומר הגג הקדמי וכו', וכן מתייחס לשאלה האם תהליך הבנייה והבנייה של החממה יכול להבטיח מימוש יעיל של דרישות התכנון.

יכולת העברת אור של גג קדמי

האנרגיה העיקרית בחממה מגיעה מהשמש. הגדלת כושר העברת האור של הגג הקדמי מועילה לחממה לקבלת יותר חום, והיא גם בסיס חשוב להבטחת סביבת הטמפרטורה של החממה בחורף. נכון לעכשיו, קיימות שלוש שיטות עיקריות להגדלת יכולת העברת האור וזמן קליטת האור של הגג הקדמי של החממה.

01 עיצוב כיוון חממה סביר ואזימוט

כיוון החממה משפיע על ביצועי התאורה של החממה ועל יכולת אחסון החום של החממה. לכן, על מנת לקבל יותר אגירת חום בחממה, הכיוון של חממות לא מעובדות בצפון מערב סין פונה דרומה. עבור האזימוט הספציפי של החממה, כאשר בוחרים מדרום למזרח, זה מועיל "לתפוס את השמש", והטמפרטורה הפנימית עולה במהירות בבוקר; כאשר נבחר מדרום למערב, כדאי לחממה לעשות שימוש באור אחר הצהריים. כיוון דרום הוא פשרה בין שני המצבים לעיל. לפי הידע של הגיאופיזיקה, כדור הארץ מסתובב 360° ביממה, והאזימוט של השמש נע בערך 1° כל 4 דקות. לכן, בכל פעם שהאזימוט של החממה משתנה ב-1°, זמן אור השמש הישיר יהיה שונה בכ-4 דקות, כלומר אזימוט החממה משפיע על הזמן בו החממה רואה אור בבוקר ובערב.

כאשר שעות האור בבוקר ואחר הצהריים שוות, והמזרח או המערב באותה זווית, החממה תקבל את אותן שעות אור. עם זאת, באזור שמצפון לקו הרוחב 37° צפון הטמפרטורה נמוכה בבוקר, וזמן גילוי השמיכה מאוחר, בעוד שהטמפרטורה גבוהה יחסית בשעות אחר הצהריים והערב, ולכן ראוי לדחות את מועד סגירת שמיכת הבידוד התרמי. לכן, על אזורים אלו לבחור מדרום למערב ולנצל את אור אחר הצהריים במלואו. עבור אזורים עם קו רוחב 30°~35° צפון, בגלל תנאי התאורה הטובים יותר בבוקר, ניתן גם להקדים את זמן שימור החום וחשיפת הכיסוי. לכן, אזורים אלו צריכים לבחור בכיוון דרום-מזרח כדי לשאוף ליותר קרינת שמש בבוקר לחממה. עם זאת, באזור של 35°~37° צפון, יש הבדל קטן בקרינת השמש בבוקר ואחר הצהריים, ולכן עדיף לבחור בכיוון דרום. בין אם זה דרום מזרח או דרום מערב, זווית הסטייה היא בדרך כלל 5° ~ 8°, והמקסימום לא יעלה על 10°. צפון מערב סין נמצאת בטווח של 37°~50° קו רוחב צפון, כך שזווית האזימוט של החממה היא בדרך כלל מדרום למערב. לאור זאת, חממת אור השמש שתוכננה על ידי Zhang Jingshe וכו' באזור Taiyuan בחרה בכיוון של 5° ממערב לדרום, חממת אור השמש שנבנתה על ידי Chang Meimei וכו' באזור Gobi של מסדרון Hexi אימצה את הכיוון של 5° עד 10° ממערב לדרום, וחממת אור השמש שנבנתה על ידי Ma Zhigui וכו' בצפון שינג'יאנג אימצה את הכיוון של 8° ממערב לדרום.

02 עיצוב צורת גג קדמי וזווית נטייה סבירים

הצורה והנטייה של הגג הקדמי קובעים את זווית הפגיעה של קרני השמש. ככל שזווית האירוע קטנה יותר, השידור גדול יותר. סאן יורן מאמין שצורת הגג הקדמי נקבעת בעיקר על פי היחס בין אורך משטח התאורה הראשי לבין השיפוע האחורי. שיפוע קדמי ארוך ושיפוע אחורי קצר מועילים לתאורה ולשימור החום של הגג הקדמי. Chen Wei-Qian ואחרים חושבים שגג התאורה הראשי של חממה סולארית המשמש באזור גובי מאמץ קשת מעגלית ברדיוס של 4.5 מ', שיכולה לעמוד ביעילות בקור. ג'אנג ג'ינגשה וכו' חושבים שמתאים יותר להשתמש בקשת חצי עגולה על הגג הקדמי של החממה באזורים אלפיניים ובאזורי רוחב גבוהים. באשר לזווית הנטייה של הגג הקדמי, על פי מאפייני העברת האור של סרט פלסטיק, כאשר זווית הפגיעה היא 0 ~ 40°, ההחזרה של הגג הקדמי לאור השמש קטנה, וכאשר היא עולה על 40°, רפלקטיביות עולה באופן משמעותי. לכן, 40° נלקחת כזווית הפגיעה המקסימלית לחישוב זווית הנטייה של הגג הקדמי, כך שגם בתקופת היפוך החורף, קרינת השמש יכולה להיכנס לחממה במידה המרבית. לכן, בעת תכנון חממה סולארית המתאימה לאזורים לא מעובדים בווהאי, מונגוליה הפנימית, He Bin ואחרים חישבו את זווית הנטייה של הגג הקדמי בזווית תקיפה של 40°, וחשבו שכל עוד היא גדולה מ-30 °, זה יכול לעמוד בדרישות של תאורת חממה ושימור חום. Zhang Caihong ואחרים חושבים שכאשר בונים חממות באזורים הלא מעובדים של שינג'יאנג, זווית הנטייה של הגג הקדמי של חממות בדרום שינג'יאנג היא 31°, בעוד זו בצפון שינג'יאנג היא 32°~33.5°.

03 בחרו חומרי כיסוי שקופים מתאימים.

בנוסף להשפעה של תנאי קרינת השמש בחוץ, מאפייני העברת החומר והאור של סרט חממה הם גם גורמים חשובים המשפיעים על סביבת האור והחום של החממה. כיום, העברת האור של סרטי פלסטיק כגון PE, PVC, EVA ו-PO שונה בשל חומרים ועובי סרט שונים. באופן כללי, ניתן להבטיח שהעברת האור של סרטים שהיו בשימוש במשך 1-3 שנים תהיה מעל 88% בסך הכל, אשר יש לבחור בהתאם לדרישת הגידולים לאור ולטמפרטורה. בנוסף, בנוסף להעברת האור בחממה, חלוקת סביבת האור בחממה היא גם גורם שאנשים שמים לב אליו יותר ויותר. לכן, בשנים האחרונות, חומר כיסוי העברת האור עם פיזור אור משופר זוכה להכרה רבה בתעשייה, במיוחד באזורים עם קרינת שמש חזקה בצפון מערב סין. היישום של סרט פיזור אור משופר הפחית את אפקט ההצללה בחלק העליון והתחתון של חופת היבול, הגביר את האור בחלקים האמצעיים והתחתונים של חופת היבול, שיפר את המאפיינים הפוטוסינתטיים של כל היבול והראה אפקט טוב של קידום צמיחה והגדלת הייצור.

עיצוב סביר של גודל חממה

אורך החממה ארוך מדי או קצר מדי, מה שישפיע על בקרת הטמפרטורה הפנימית. כאשר אורך החממה קצר מדי, לפני הזריחה והשקיעה, השטח המוצל על ידי הגמלון המזרחי והמערבי גדול, דבר שאינו מסייע להתחממות החממה, ובגלל נפחה הקטן, ישפיע על הקרקע והקיר הפנימיים. ספיגה ושחרור של חום. כאשר האורך גדול מדי, קשה לשלוט בטמפרטורה הפנימית, וזה ישפיע על יציבות מבנה החממה ועל תצורת מנגנון גלגול שמיכת שמיכת חום. הגובה והטווח של החממה משפיעים ישירות על תאורת היום של הגג הקדמי, גודל חלל החממה ויחס הבידוד. כאשר תוחלת ואורך החממה קבועים, הגדלת גובה החממה יכולה להגדיל את זווית התאורה של הגג הקדמי מנקודת המבט של סביבת האור, אשר תורמת להעברת אור; מנקודת מבט של סביבה תרמית, גובה הקיר גדל, ושטח אגירת החום של הקיר האחורי גדל, מה שמועיל לאגירת החום ולשחרור החום של הקיר האחורי. יתר על כן, החלל גדול, קצב קיבולת החום גדול גם הוא, והסביבה התרמית של החממה יציבה יותר. כמובן שהגדלת גובה החממה תייקר את עלות החממה, דבר המצריך התייחסות מקיפה. לכן בתכנון חממה כדאי לבחור באורך, תוחלת וגובה סבירים בהתאם לתנאים המקומיים. לדוגמה, Zhang Caihong ואחרים חושבים שבצפון שינג'יאנג, אורך החממה הוא 50~80 מ', הטווח הוא 7 מ' וגובה החממה הוא 3.9 מ', בעוד שבדרום שינג'יאנג, אורך החממה הוא 50~80 מ', תוחלת היא 8 מ' וגובה החממה הוא 3.6 ~ 4.0 מ'; זה גם נחשב שטווח החממה לא צריך להיות פחות מ-7 מ', וכאשר הטווח הוא 8 מ', אפקט שימור החום הוא הטוב ביותר. בנוסף, Chen Weiqian ואחרים חושבים שהאורך, התוחלת והגובה של החממה הסולארית צריכים להיות 80 מ', 8~10 מ' ו-3.8~4.2 מ' בהתאמה כשהיא בנויה באזור גובי של ג'יוקוואן, גאנסו.

שפר את יכולת אחסון החום ובידוד הקיר

במהלך היום, הקיר צובר חום על ידי קליטת קרינת השמש וחום חלק מהאוויר הפנימי. בלילה, כאשר הטמפרטורה הפנימית נמוכה מטמפרטורת הקיר, הקיר ישחרר חום באופן פסיבי לחימום החממה. כגוף אחסון החום העיקרי של החממה, הקיר יכול לשפר משמעותית את סביבת טמפרטורת הלילה הפנימית על ידי שיפור יכולת אחסון החום שלו. יחד עם זאת, פונקציית הבידוד התרמי של הקיר היא הבסיס ליציבות הסביבה התרמית של החממה. כיום, קיימות מספר שיטות לשיפור יכולת אגירת החום ובידוד הקירות.

01 עיצוב מבנה קיר סביר

תפקידו של הקיר כולל בעיקר אגירת חום ושימור חום, ובמקביל, רוב קירות החממה משמשים גם כאיברים נושאי עומס לתמיכה במסכת הגג. מנקודת מבט של קבלת סביבה תרמית טובה, מבנה קיר סביר צריך להיות בעל יכולת אגירת חום מספקת בצד הפנימי ויכולת שימור חום מספקת בצד החיצוני, תוך צמצום גשרי קור מיותרים. במחקר של אחסון חום קיר ובידוד, באו Encai ואחרים תכננו את קיר אגירת החום הפסיבי של חול מוצק באזור מדבר ווהאי, מונגוליה הפנימית. לבנים נקבוביות שימשו כשכבת בידוד מבחוץ וחול מוצק שימש כשכבת אגירת חום מבפנים. הבדיקה הראתה שהטמפרטורה בתוך הבית יכולה להגיע ל-13.7℃ בימי שמש. Ma Yuehong וכו' תכננו קיר מרוכב של בלוק מרגמה של קליפת חיטה בצפון שינג'יאנג, בו ממלאים סיד עז בקוביות טיט כשכבת אחסון חום ושקיות סיגים מוערמות בחוץ כשכבת בידוד. קיר הבלוק החלול שתוכנן על ידי Zhao Peng וכו' באזור גובי במחוז גאנסו, משתמש בלוח בנזן בעובי 100 מ"מ כשכבת בידוד מבחוץ ובחול ולבני בלוקים חלולים כשכבת אגירת חום מבפנים. מהבדיקה עולה כי הטמפרטורה הממוצעת בחורף היא מעל 10 מעלות בלילה, וב-Chai Regeneration וכו' משתמשים גם בחול וחצץ כשכבת בידוד ושכבת אגירת חום של הקיר באזור גובי שבמחוז גאנסו. מבחינת הפחתת גשרי קור, Yan Junyue וכו' תכננו קיר אחורי קל ופשוט, אשר לא רק שיפר את ההתנגדות התרמית של הקיר, אלא גם שיפר את תכונת האיטום של הקיר על ידי הדבקת לוח פוליסטירן בצד החיצוני של הגב. קִיר; Wu Letian וכו' הציבו קורת טבעת מבטון מזוין מעל היסוד של קיר החממה, והשתמשו בהטבעת לבנים טרפז ממש מעל הקורה הטבעתית כדי לתמוך בגג האחורי, מה שפתר את הבעיה שקל להתרחש סדקים ושקיעת יסוד בחממות בהוטיאן, Xinjiang, ובכך משפיע על הבידוד התרמי של חממות.

02 בחרו חומרי בידוד ואחסון חום מתאימים.

אפקט אגירת החום והבידוד של הקיר תלוי קודם כל בבחירת החומרים. במדבר הצפון-מערבי, גובי, אדמה חולית ואזורים אחרים, בהתאם לתנאי האתר, החוקרים לקחו חומרים מקומיים ועשו ניסיונות נועזים לעצב סוגים רבים ושונים של קירות אחוריים של חממות סולאריות. לדוגמה, כאשר ג'אנג גווסן ואחרים בנו חממות בשדות חול וחצץ בגנסו, חול וחצץ שימשו שכבות אחסון חום ושכבות בידוד של קירות; על פי המאפיינים של גובי והמדבר בצפון מערב סין, ג'או פנג עיצב מעין קיר בלוקים חלולים עם אבן חול ובלוק חלול כחומרים. הבדיקה מראה כי טמפרטורת הלילה הממוצעת בתוך הבית היא מעל 10℃. לאור המחסור בחומרי בניין כגון לבנים וחמר באזור גובי שבצפון מערב סין, ג'ו צ'אנגג'י ואחרים גילו שהחממות המקומיות משתמשות בדרך כלל בחלוקי נחל כחומרי קיר כאשר חוקרים חממות סולאריות באזור גובי בקיזילסו קירגיז, שינג'יאנג. לאור הביצועים התרמיים והחוזק המכני של חלוקי הנחל, לחממה הבנויה מחלוקי נחל יש ביצועים טובים מבחינת שימור חום, אחסון חום ונושאת עומס. באופן דומה, ג'אנג יונג וכו' משתמשים גם בחלוקי נחל כחומר העיקרי של הקיר, ועיצבו קיר אחורי לאגירת חום עצמאית בשאנקי ובמקומות נוספים. הבדיקה מראה כי אפקט אגירת החום טוב. ג'אנג וכו' עיצב מעין קיר אבן חול לפי המאפיינים של אזור גובי בצפון מערב, שיכול להעלות את הטמפרטורה הפנימית ב-2.5 מעלות. בנוסף, Ma Yuehong ואחרים בדקו את יכולת אחסון החום של קיר חול מלא, קיר בלוקים וקיר לבנים בהוטיאן, שינג'יאנג. התוצאות הראו שלקיר החול המלא בלוקים יש את יכולת אגירת החום הגדולה ביותר. בנוסף, על מנת לשפר את ביצועי אחסון החום של הקיר, חוקרים מפתחים באופן פעיל חומרים וטכנולוגיות חדשות לאחסון חום. לדוגמה, Bao Encai הציע חומר מרפא לשינוי פאזה, שניתן להשתמש בו כדי לשפר את יכולת אחסון החום של הקיר האחורי של חממה סולארית באזורים לא מעובדים בצפון-מערב. בתור חקירה של חומרים מקומיים, ערימת שחת, סיגים, קרש בנזן וקש משמשים גם כחומרי קיר, אך לחומרים אלו יש בדרך כלל רק תפקיד של שימור חום וללא יכולת אחסון חום. באופן כללי, לקירות המלאים בחצץ ובבלוקים יש יכולת אחסון חום ובידוד טובה.

03 הגדל כראוי את עובי הדופן

בדרך כלל, התנגדות תרמית היא מדד חשוב למדידת ביצועי הבידוד התרמי של הקיר, והגורם המשפיע על ההתנגדות התרמית הוא עובי שכבת החומר מלבד המוליכות התרמית של החומר. לכן, על בסיס בחירת חומרי בידוד תרמי מתאימים, הגדלת עובי הקיר בצורה מתאימה יכולה להגביר את ההתנגדות התרמית הכוללת של הקיר ולהפחית את איבוד החום דרך הקיר, ובכך להגדיל את הבידוד התרמי ויכולת אחסון החום של הקיר. את כל החממה. לדוגמה, בגאנסו ובאזורים אחרים, העובי הממוצע של קיר שקי החול בעיר ג'אנגיה הוא 2.6 מ', בעוד שעובי קיר בנייה מרגמה בעיר ג'יוקוואן הוא 3.7 מ'. ככל שהקיר עבה יותר, כך הבידוד התרמי ויכולת אחסון החום שלו גדלים. עם זאת, קירות עבים מדי יגדילו את תפוסת הקרקע ואת עלות בניית החממות. לכן, מנקודת המבט של שיפור יכולת הבידוד התרמי, עלינו לתת עדיפות גם לבחירת חומרי בידוד תרמי גבוהים עם מוליכות תרמית נמוכה, כגון פוליסטירן, פוליאוריטן וחומרים נוספים, ולאחר מכן להגדיל את העובי בהתאם.

עיצוב סביר של גג אחורי

לעיצוב הגג האחורי, השיקול העיקרי הוא לא לגרום להשפעה של הצללה ולשפר את כושר הבידוד התרמי. על מנת להפחית את השפעת ההצללה על הגג האחורי, קביעת זווית הנטייה שלו מבוססת בעיקר על כך שהגג האחורי יכול לקבל אור שמש ישיר בשעות היום כאשר נטועים ומייצרים יבולים. לכן, זווית הגובה של הגג האחורי נבחרת בדרך כלל להיות טובה יותר מזווית הגובה הסולרית המקומית של היפוך החורף של 7°~8°. לדוגמה, Zhang Caihong ואחרים חושבים שכאשר בונים חממות סולאריות בגובי ובאזורי קרקע מלוחים-אלקליים בשינג'יאנג, האורך המוקרן של הגג האחורי הוא 1.6 מ', כך שזווית הנטייה של הגג האחורי היא 40° בדרום שינג'יאנג. 45 מעלות בצפון שינג'יאנג. Chen Wei-Qian ואחרים חושבים שהגג האחורי של החממה הסולארית באזור Jiuquan Gobi צריך להיות משופע ב-40°. עבור בידוד תרמי של הגג האחורי, יש להבטיח את יכולת הבידוד התרמי בעיקר בבחירת חומרי בידוד תרמיים, עיצוב העובי הדרוש ומפרק חיק סביר של חומרי בידוד תרמי במהלך הבנייה.

הפחת את איבוד חום הקרקע

במהלך ליל החורף, מכיוון שהטמפרטורה של אדמה פנימית גבוהה מזו של אדמה חיצונית, החום של קרקע פנימית יועבר לחוץ על ידי הולכת חום, מה שיגרום לאובדן חום החממה. ישנן מספר דרכים להפחית את איבוד חום הקרקע.

01 בידוד קרקע

הקרקע שוקעת כהלכה, נמנעת משכבת ​​האדמה הקפואה ומשתמשת באדמה לשימור חום. לדוגמה, החממה הסולארית "1448 שלושה חומרים-גוף אחד" שפותחה על ידי Chai Regeneration ואדמה לא מעובדת אחרת במסדרון Hexi נבנתה על ידי חפירה של מטר אחד למטה, תוך הימנעות יעילה משכבת ​​האדמה הקפואה; על פי העובדה שעומק האדמה הקפואה באזור טורפאן הוא 0.8 מ', Wang Huamin ואחרים הציעו לחפור 0.8 מ' כדי לשפר את יכולת הבידוד התרמי של החממה. כאשר ג'אנג גווסן וכו' בנו את הקיר האחורי של החממה הסולארית החופרת כפולת קשתות על אדמה שאינה ניתנת לעיבוד, עומק החפירה היה 1 מטר. הניסוי הראה שהטמפרטורה הנמוכה ביותר בלילה גדלה ב-2~3℃ בהשוואה לחממה הסולארית המסורתית מהדור השני.

02 יסוד הגנה מפני קור

השיטה העיקרית היא חפירת תעלה חסינת קור לאורך חלק היסוד של הגג הקדמי, מילוי חומרי בידוד תרמי או הטמנת חומרי בידוד תרמיים מתחת לאדמה לאורך חלק קיר היסוד, שמטרתם לצמצם את אובדן החום הנגרם על ידי העברת חום דרך האדמה בחלק הגבול של החממה. חומרי הבידוד התרמי המשמשים מבוססים בעיקר על התנאים המקומיים בצפון מערב סין, וניתן להשיגם במקום, כגון חציר, סיגים, צמר סלעים, לוח פוליסטירן, קש תירס, זבל סוסים, עלים שלכת, עשב שבור, נסורת, עשבים שוטים, קש וכו'.

03 סרט מאלץ'

על ידי כיסוי הסרט הפלסטי, אור השמש יכול להגיע לאדמה דרך הסרט הפלסטי במהלך היום, והאדמה סופגת את חום השמש ומתחממת. יתרה מכך, הסרט הפלסטי יכול לחסום את קרינת הגלים הארוכים המשתקפת מהאדמה, ובכך להפחית את אובדן הקרינה של הקרקע ולהגדיל את אגירת החום של הקרקע. בלילה, סרט פלסטיק יכול לעכב את חילופי החום ההסעה בין האדמה לאוויר הפנימי, ובכך להפחית את אובדן החום של האדמה. במקביל, סרט פלסטיק יכול גם להפחית את אובדן החום הסמוי הנגרם על ידי אידוי מי הקרקע. Wei Wenxiang כיסה את החממה בסרט פלסטיק ברמת צ'ינגהאי, והניסוי הראה שניתן להעלות את טמפרטורת הקרקע בכ-1℃.

חיזוק ביצועי הבידוד התרמי של הגג הקדמי

הגג הקדמי של החממה הוא משטח פיזור החום העיקרי, והחום האבוד מהווה יותר מ-75% מכלל איבוד החום בחממה. לכן, חיזוק יכולת בידוד החום של הגג הקדמי של החממה יכול להפחית ביעילות את האובדן דרך הגג הקדמי ולשפר את סביבת טמפרטורת החורף של החממה. נכון להיום, ישנם שלושה אמצעים עיקריים לשיפור יכולת הבידוד התרמי של הגג הקדמי.

01 אומץ כיסוי שקוף רב-שכבתי.

מבחינה מבנית, שימוש בסרט דו-שכבתי או בסרט תלת-שכבתי כמשטח מעביר אור של החממה יכול לשפר ביעילות את ביצועי הבידוד התרמי של החממה. לדוגמה, ג'אנג גווסן ואחרים תכננו חממה סולארית מסוג חפירת סרט כפול קשת כפולה באזור גובי בעיר ג'יוקוואן. החלק החיצוני של הגג הקדמי של החממה עשוי סרט EVA, והחלק הפנימי של החממה עשוי סרט אנטי אייג'ינג ללא טפטוף PVC. ניסויים מראים כי בהשוואה לחממה הסולארית המסורתית מהדור השני, אפקט הבידוד התרמי יוצא מן הכלל, והטמפרטורה הנמוכה ביותר בלילה עולה ב-2~3℃ בממוצע. באופן דומה, ג'אנג ג'ינגשה וכו' תכננו גם חממה סולארית עם כיסוי סרט כפול למאפיינים האקלימיים של קווי רוחב גבוהים ואזורים קרים קשים, מה ששיפר משמעותית את הבידוד התרמי של החממה. בהשוואה לחממת הבקרה, טמפרטורת הלילה עלתה ב-3 ℃. בנוסף, וו לטיאן ואחרים ניסו להשתמש בשלוש שכבות של סרט EVA בעובי 0.1 מ"מ על הגג הקדמי של החממה הסולארית שתוכננה באזור המדבר הטיאן, שינג'יאנג. סרט רב-שכבתי יכול להפחית ביעילות את אובדן החום של הגג הקדמי, אך מכיוון שהעברת האור של סרט חד-שכבתי הוא בעצם כ-90%, סרט רב-שכבתי יוביל באופן טבעי להפחתת העברת האור. לכן, בעת בחירת כיסוי רב שכבתי להעברת אור, יש צורך לתת את הדעת על תנאי התאורה ודרישות התאורה של החממות.

02 חיזוק בידוד הלילה של הגג הקדמי

סרט פלסטיק משמש על הגג הקדמי כדי להגביר את העברת האור במהלך היום, והוא הופך למקום החלש ביותר בחממה כולה בלילה. לכן, כיסוי המשטח החיצוני של הגג הקדמי בשמיכת בידוד תרמי מרוכבת עבה היא אמצעי בידוד תרמי הכרחי עבור חממות סולאריות. לדוגמה, באזור האלפיני של צ'ינגהאי, ליו יאנג'י ואחרים השתמשו בווילונות קש ובנייר קראפט כשמיכות בידוד תרמי לניסויים. תוצאות הבדיקה הראו שהטמפרטורה הפנימית הנמוכה ביותר בחממה בלילה יכולה להגיע למעל 7.7 ℃. יתר על כן, Wei Wenxiang מאמין שניתן להפחית את אובדן החום של החממה ביותר מ-90% על ידי שימוש בווילונות דשא כפולים או נייר קראפט מחוץ לווילונות הדשא לבידוד תרמי באזור זה. בנוסף, Zou Ping וכו' השתמשו בשמיכת לבד בידוד תרמי במחט סיבים ממוחזרים בחממה הסולארית באזור גובי של שינג'יאנג, וצ'אנג מימיי וכו' השתמשו בשמיכת בידוד תרמי כותנה סנדוויץ' בחממה הסולארית באזור גובי של מסדרון הקסי. כיום, ישנם סוגים רבים של שמיכות בידוד תרמי המשמשות בחממות סולאריות, אך רובן עשויות לבד מחט, כותנה מותזת בדבק, כותנת פנינה וכו', עם שכבות משטח עמידות למים או אנטי-אייג'ינג משני הצדדים. על פי מנגנון הבידוד התרמי של שמיכת בידוד תרמי, כדי לשפר את ביצועי הבידוד התרמי שלה, עלינו להתחיל בשיפור ההתנגדות התרמית שלה והפחתת מקדם העברת החום שלה, והאמצעים העיקריים הם להפחית את המוליכות התרמית של חומרים, להגדיל את העובי של שכבות חומר או להגדיל את מספר שכבות החומר, וכו ' לכן, כיום, חומר הליבה של שמיכת בידוד תרמי עם ביצועי בידוד תרמי גבוהים עשוי לעתים קרובות מחומרים מרוכבים רב-שכבתיים. על פי הבדיקה, מקדם העברת החום של שמיכת הבידוד התרמי עם ביצועי בידוד תרמי גבוהים כיום יכול להגיע ל-0.5W/(m2℃), מה שמספק ערובה טובה יותר לבידוד תרמי של חממות באזורים קרים בחורף. כמובן, האזור הצפון-מערבי סוער ומאובק, והקרינה האולטרה סגולה חזקה, ולכן שכבת פני הבידוד התרמי צריכה להיות בעלת ביצועי אנטי-אייג'ינג טובים.

03 הוסף וילון בידוד תרמי פנימי.

למרות שהגג הקדמי של חממת אור השמש מכוסה בשמיכת בידוד תרמי חיצונית בלילה, בכל הנוגע למבנים אחרים של כל החממה, הגג הקדמי הוא עדיין מקום חלש לכל החממה בלילה. לכן, צוות הפרויקט של "טכנולוגיית מבנה ובנייה של חממה בצפון-מערב אדמה שאינה לעיבוד אדמה" תכנן מערכת רול-אפ פנימית של בידוד תרמי פשוט (איור 1), שהמבנה שלה מורכב מווילון בידוד תרמי פנימי קבוע ברגל הקדמית. וילון בידוד תרמי פנימי מתזז בחלל העליון. וילון הבידוד התרמי הנייד העליון נפתח ומקופל בקיר האחורי של החממה במהלך היום, דבר שאינו משפיע על תאורת החממה; שמיכת הבידוד התרמי הקבועה בתחתית ממלאת את תפקיד האיטום בלילה. עיצוב הבידוד הפנימי מסודר וקל לתפעול, ויכול גם למלא תפקיד של הצללה וקירור בקיץ.

טכנולוגיית חימום אקטיבי

בגלל הטמפרטורה הנמוכה בחורף בצפון מערב סין, אם נסתמך רק על שימור החום ואגירת החום בחממות, עדיין לא נוכל לעמוד בדרישות של ייצור חורף של יבולים במזג אוויר קר מסוים, כך שכמה אמצעי התחממות אקטיביים הם גם מוּדְאָג.

מערכת אחסון אנרגיה סולארית ושחרור חום

זוהי סיבה חשובה לכך שהקיר נושא את הפונקציות של שימור חום, אגירת חום ונשיאת עומס, מה שמוביל לעלות הבנייה הגבוהה ולשיעור ניצול הקרקע הנמוך של חממות סולאריות. לכן, הפישוט וההרכבה של חממות סולאריות חייבות להיות כיוון פיתוח חשוב בעתיד. ביניהם, פישוט תפקידו של הקיר הוא לשחרר את פונקציית אגירת החום והשחרור של הקיר, כך שהקיר האחורי נושא רק את פונקציית שימור החום, המהווה דרך יעילה לפישוט הפיתוח. לדוגמה, מערכת אחסון ושחרור החום הפעילה של Fang Hui (איור 2) נמצאת בשימוש נרחב באזורים לא מעובדים כמו Gansu, Ningxia ו-Xinjiang. מכשיר איסוף החום שלו תלוי על הקיר הצפוני. במהלך היום, החום שנאסף על ידי מכשיר איסוף החום מאוחסן בגוף אגירת החום באמצעות סירקולציה של מצע אגירת החום, ובלילה, החום משתחרר ומחומם על ידי סירקולציה של מצע אגירת החום, ובכך מימוש העברת חום בזמן ובמרחב. ניסויים מראים שניתן להעלות את הטמפרטורה המינימלית בחממה ב-3~5℃ על ידי שימוש במכשיר זה. Wang Zhiwei וכו' הציגו מערכת חימום וילון מים לחממה סולארית באזור המדבר הדרומי של שינג'יאנג, שיכולה להעלות את הטמפרטורה של החממה ב-2.1 ℃ בלילה.

בנוסף, תכננו Bao Encai וכו' מערכת זרימת אגירת חום אקטיבית לקיר הצפוני. במהלך היום, באמצעות מחזור של מאווררים צירים, זורם אוויר חם פנימי דרך תעלת העברת החום המוטבעת בקיר הצפוני, ותעלת העברת החום מחליפה חום עם שכבת אגירת החום בתוך הקיר, מה שמשפר משמעותית את יכולת אגירת החום של הקיר. בנוסף, מערכת אגירת החום לשינוי פאזה סולארית שתוכננה על ידי Yan Yantao וכו' אוגרת חום בחומרי שינוי הפאזה באמצעות קולטי שמש במהלך היום, ולאחר מכן מפזרת את החום לאוויר הפנימי באמצעות זרימת אוויר בלילה, מה שיכול להגביר את טמפרטורה ממוצעת ב-2.0℃ בלילה. לטכנולוגיות ולציוד ניצול אנרגיה סולארית לעיל יש מאפיינים של חסכון, חיסכון באנרגיה ופחמן נמוך. לאחר אופטימיזציה ושיפור, אמורים להיות להם סיכויי יישום טובים באזורים עם משאבי אנרגיה סולארית בשפע בצפון מערב סין.

טכנולוגיות חימום עזר אחרות

01 חימום אנרגיה ביומסה

המצעים, הקש, גללי הפרות, גללי הצאן וגללי העופות מעורבבים עם חיידקים ביולוגיים ונקברים באדמה בחממה. חום רב נוצר בתהליך התסיסה, והרבה זנים מועילים, חומרים אורגניים ו-CO2 נוצרים בתהליך התסיסה. זנים מועילים יכולים לעכב ולהרוג מגוון חיידקים, ויכולים להפחית את התרחשותן של מחלות חממה ומזיקים; חומר אורגני יכול להפוך לדשן לגידולים; CO2 המיוצר יכול לשפר את הפוטוסינתזה של יבולים. לדוגמה, Wei Wenxiang קבר דשנים אורגניים חמים כמו זבל סוסים, זבל פרות וזבל כבשים באדמה מקורה בחממה הסולארית ברמת צ'ינגהאי, מה שהעלה למעשה את טמפרטורת הקרקע. בחממה הסולארית באזור מדבר גאנסו, ג'ו ז'ילונג השתמש בקש ובדשן אורגני כדי לתסוס בין גידולים. הבדיקה הראתה שניתן להעלות את הטמפרטורה של החממה ב-2~3℃.

02 חימום פחם

יש כיריים מלאכותיות, מחמם מים חוסך אנרגיה וחימום. לדוגמה, לאחר חקירה ברמת צ'ינגהאי, Wei Wenxiang מצא שחימום תנורים מלאכותיים שימש בעיקר מקומית. לשיטת חימום זו יש את היתרונות של חימום מהיר יותר ואפקט חימום ברור. עם זאת, גזים מזיקים כגון SO2, CO ו-H2S יופקו בתהליך שריפת הפחם, ולכן יש צורך לעשות עבודה טובה בפריטת גזים מזיקים.

03 חימום חשמלי

השתמש בחוט חימום חשמלי לחימום הגג הקדמי של החממה, או השתמש בתנור חימום חשמלי. אפקט החימום יוצא דופן, השימוש בטוח, לא נוצרים מזהמים בחממה, וציוד החימום קל לשליטה. Chen Weiqian ואחרים חושבים שהבעיה של נזקי הקפאה בחורף באזור Jiuquan מעכבת את התפתחותה של חקלאות גובי המקומית, וניתן להשתמש בגופי חימום חשמליים לחימום החממה. עם זאת, בשל השימוש במשאבי אנרגיה חשמליים איכותיים, צריכת האנרגיה גבוהה והעלות גבוהה. מומלץ להשתמש בו כאמצעי זמני לחימום חירום במזג אוויר קר קיצוני.

אמצעי ניהול סביבתי

בתהליך הייצור והשימוש בחממה, הציוד המלא והתפעול הרגיל אינם יכולים להבטיח ביעילות שהסביבה התרמית שלו עומדת בדרישות התכנון. למעשה, השימוש והניהול בציוד ממלאים לעתים קרובות תפקיד מפתח בהיווצרות ותחזוקה של הסביבה התרמית, כאשר החשוב שבהם הוא הניהול היומיומי של שמיכת בידוד תרמי ופורקן.

ניהול שמיכת בידוד תרמי

שמיכת בידוד תרמי היא המפתח לבידוד תרמי לילי של הגג הקדמי, ולכן חשוב ביותר לחדד את הניהול והתחזוקה היומיומית שלו, במיוחד יש לשים לב לבעיות הבאות: ①בחר את זמן הפתיחה והסגירה המתאים של שמיכת בידוד תרמי . זמן הפתיחה והסגירה של שמיכת הבידוד התרמי לא רק משפיע על זמן ההדלקה של החממה, אלא גם משפיע על תהליך החימום בחממה. פתיחה וסגירה של שמיכת הבידוד התרמי מוקדם מדי או מאוחר מדי אינה תורמת לאיסוף החום. בבוקר, אם חושפים את השמיכה מוקדם מדי, הטמפרטורה הפנימית תרד יותר מדי בגלל הטמפרטורה החיצונית הנמוכה והאור החלש. להיפך, אם זמן חשיפת השמיכה מאוחר מדי, זמן קבלת האור בחממה יתקצר, וזמן עליית הטמפרטורה בתוך הבית יתעכב. בשעות אחר הצהריים, אם תכבה את שמיכת הבידוד התרמי מוקדם מדי, זמן החשיפה בתוך הבית יתקצר, ואגירת החום של האדמה והקירות הפנימיים יצטמצם. להיפך, אם יכבו את שימור החום מאוחר מדי, פיזור החום של החממה יגדל עקב הטמפרטורה החיצונית הנמוכה והאור החלש. לכן, באופן כללי, כאשר שמיכת הבידוד התרמי מופעלת בבוקר, רצוי שהטמפרטורה תעלה לאחר ירידה של 1~2℃, בעוד שכאשר שמיכת הבידוד התרמי כבויה, רצוי שהטמפרטורה תעלה לאחר ירידה של 1~2℃. ② בעת סגירת שמיכת הבידוד התרמי, שימו לב לבחון האם שמיכת הבידוד התרמי מכסה היטב את כל הגגות הקדמיים, והתאם אותם בזמן אם יש פער. ③ לאחר ששמיכת הבידוד התרמי הונחה לחלוטין, בדוק אם החלק התחתון נדחס, כדי למנוע את הרמת אפקט שימור החום על ידי הרוח בלילה. ④ בדוק ותחזק את שמיכת הבידוד התרמי בזמן, במיוחד כאשר שמיכת הבידוד התרמי פגומה, תקן או החלף אותה בזמן. ⑤ שימו לב לתנאי מזג האוויר בזמן. כאשר יש גשם או שלג, כסו את שמיכת הבידוד התרמי בזמן והסר שלג בזמן.

ניהול פתחי אוורור

מטרת האוורור בחורף היא להתאים את טמפרטורת האוויר כדי למנוע טמפרטורה מופרזת בסביבות הצהריים; השני הוא ביטול לחות בתוך הבית, הפחתת לחות האוויר בחממה ושליטה במזיקים ומחלות; השלישי הוא להגביר את ריכוז ה-CO2 בתוך הבית ולקדם את צמיחת היבול. עם זאת, אוורור ושימור חום סותרים. אם האוורור אינו מנוהל כראוי, זה כנראה יוביל לבעיות בטמפרטורה נמוכה. לכן, מתי וכמה זמן לפתוח את פתחי האוורור יש להתאים באופן דינמי בהתאם לתנאי הסביבה של החממה בכל עת. באזורים הצפון מערביים הלא מעובדים, ניהול פתחי החממה מתחלק בעיקר לשתי דרכים: תפעול ידני ואוורור מכני פשוט. עם זאת, זמן הפתיחה וזמן האוורור של פתחי האוורור מבוססים בעיקר על שיקול דעת סובייקטיבי של אנשים, ולכן עלול לקרות שהפתחים נפתחים מוקדם מדי או מאוחר מדי. כדי לפתור את הבעיות הנ"ל תכננו Yin Yilei וכו' מכשיר אוורור גג חכם, שיכול לקבוע את זמן הפתיחה ואת גודל הפתיחה והסגירה של חורי האוורור בהתאם לשינויים בסביבה הפנימית. עם העמקת המחקר על חוק השינוי הסביבתי והביקוש ליבולים, כמו גם הפופולריות וההתקדמות של טכנולוגיות וציוד כגון תפיסה סביבתית, איסוף מידע, ניתוח ובקרה, האוטומציה של ניהול אוורור בחממות סולאריות צריכה להיות כיוון פיתוח חשוב בעתיד.

אמצעי ניהול אחרים

בתהליך השימוש בסוגים שונים של סרטים נשפכים, יכולת העברת האור שלהם תיחלש בהדרגה, ומהירות ההיחלשות אינה קשורה רק לתכונות הפיזיקליות שלהם, אלא גם קשורה לסביבה הסובבת ולניהול במהלך השימוש. בתהליך השימוש, הגורם החשוב ביותר שמוביל לירידה בביצועי העברת האור הוא זיהום משטח הסרט. לכן, חשוב ביותר לבצע ניקיון וניקיון שוטפים כאשר התנאים מאפשרים זאת. בנוסף, יש לבדוק באופן קבוע את מבנה המתחם של החממה. כאשר ישנה נזילה בקיר ובגג הקדמי, יש לתקן אותה בזמן כדי להימנע מהשפעת החממה מחדירת אוויר קר.

בעיות קיימות וכיוון התפתחות

חוקרים חקרו וחקרו את טכנולוגיית שימור החום ואגירת החום, טכנולוגיית הניהול ושיטות ההתחממות של חממות באזורים לא מעובדים בצפון-מערב במשך שנים רבות, אשר בעצם הבינו את ייצור החורף של ירקות, שיפרו מאוד את יכולתה של החממה לעמוד בפני פגיעות קירור בטמפרטורה נמוכה. , ובעצם הבינו את ייצור החורף של ירקות. היא תרמה תרומה היסטורית להקלה על הסתירה בין מזון וירקות המתחרים על הקרקע בסין. עם זאת, עדיין קיימות הבעיות הבאות בטכנולוגיית ערבות הטמפרטורה בצפון מערב סין.

סוגי חממה שיש לשדרג

כיום, סוגי החממות הם עדיין הנפוצים שנבנו בסוף המאה ה-20 ובתחילת המאה הנוכחית, בעלות מבנה פשוט, תכנון בלתי סביר, יכולת לקויה לשמור על סביבה תרמית חממה ועמידה בפני אסונות טבע וחוסר סטנדרטיזציה. לכן, בתכנון החממה העתידי, יש לתקן את הצורה והנטייה של הגג הקדמי, זווית האזימוט של החממה, גובה הקיר האחורי, עומק השקיעה של החממה וכו' על ידי שילוב מלא של קו הרוחב הגיאוגרפי המקומי. ומאפייני אקלים. יחד עם זאת, ניתן לשתול בחממה גידול אחד בלבד ככל שניתן, כך שניתן לבצע התאמת חממה סטנדרטית בהתאם לדרישות האור והטמפרטורה של הגידולים הנטועים.

קנה המידה של החממה קטן יחסית.

אם קנה המידה של החממה קטן מדי, זה ישפיע על יציבות הסביבה התרמית של החממה ועל התפתחות המיכון. עם העלייה ההדרגתית של עלות העבודה, פיתוח המיכון הוא כיוון חשוב בעתיד. לכן, בעתיד, עלינו להתבסס על רמת הפיתוח המקומית, לקחת בחשבון את צורכי פיתוח המיכון, לתכנן באופן רציונלי את החלל הפנימי והפריסה של החממות, להאיץ את המחקר והפיתוח של ציוד חקלאי המתאים לאזורים המקומיים, וכן לשפר את קצב המיכון של ייצור החממה. יחד עם זאת, על פי צרכי הגידולים ודפוסי הגידול, יש להתאים את הציוד הרלוונטי לתקנים ולקדם מחקר ופיתוח משולב, חדשנות ופופולריות של אוורור, הפחתת לחות, שימור חום וציוד חימום.

עובי הקירות כמו חול ובלוקים חלולים עדיין עבה.

אם הקיר עבה מדי, למרות שאפקט הבידוד טוב, זה יפחית את קצב ניצול הקרקע, יגדיל את העלות ואת קושי הבנייה. לכן, בפיתוח העתידי, מצד אחד, ניתן לבצע אופטימיזציה מדעית של עובי הדופן בהתאם לתנאי האקלים המקומיים; מצד שני, עלינו לקדם את הפיתוח הקל והפשוט של הקיר האחורי, כך שהקיר האחורי של החממה ישמור רק על תפקיד שימור החום, להשתמש בקולטי שמש ובציוד אחר להחלפת אגירת החום ושחרור הקיר. . קולטי שמש הם בעלי מאפיינים של יעילות איסוף חום גבוהה, יכולת איסוף חום חזקה, חיסכון באנרגיה, פחמן נמוך וכן הלאה, ורובם יכולים לממש ויסות ובקרה אקטיביים, ויכולים לבצע חימום אקסותרמי ממוקד בהתאם לדרישות הסביבתיות של החממה. בלילה, עם יעילות גבוהה יותר של ניצול חום.

יש לפתח שמיכת בידוד תרמי מיוחדת.

הגג הקדמי הוא הגוף העיקרי של פיזור החום בחממה, וביצועי הבידוד התרמי של שמיכת בידוד תרמי משפיעים ישירות על הסביבה התרמית הפנימית. נכון לעכשיו, סביבת טמפרטורת החממה באזורים מסוימים אינה טובה, בין השאר בגלל שמיכת הבידוד התרמי דקה מדי, וביצועי הבידוד התרמי של החומרים אינם מספיקים. יחד עם זאת, לשמיכת הבידוד התרמי יש עדיין כמה בעיות, כגון יכולת עמידה למים וגלישה לקויה, התיישנות קלה של חומרי המשטח וחומרי הליבה וכו'. לכן, בעתיד, יש לבחור באופן מדעי חומרי בידוד תרמי מתאימים בהתאם למקום המקומי. יש לעצב ולפתח מאפיינים ודרישות אקלימיות, ומוצרי שמיכת בידוד תרמי מיוחדים המתאימים לשימוש מקומי ולפופולאריות.

סוֹף

מידע מצוטט

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi וכו'. סטטוס מחקר של טכנולוגיית ערבות טמפרטורה סביבתית של חממה סולארית בצפון-מערב אדמה לא מעובדת [J]. טכנולוגיה הנדסית חקלאית, 2022,42(28):12-20.