Li Jianming, Sun Guotao, dll.Teknologi kejuruteraan pertanian hortikultur rumah hijau2022-11-21 17:42 Diterbitkan di Beijing

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, industri rumah hijau telah dibangunkan dengan pesat. Pembangunan rumah hijau bukan sahaja meningkatkan kadar penggunaan tanah dan kadar pengeluaran produk pertanian, tetapi juga menyelesaikan masalah bekalan buah-buahan dan sayur-sayuran di luar musim. Walau bagaimanapun, rumah hijau juga menghadapi cabaran yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kemudahan asal, kaedah pemanasan dan bentuk struktur telah menghasilkan rintangan terhadap alam sekitar dan pembangunan. Bahan baharu dan reka bentuk baharu amat diperlukan untuk mengubah struktur rumah hijau, dan sumber tenaga baharu amat diperlukan untuk mencapai tujuan pemuliharaan tenaga dan perlindungan alam sekitar, serta meningkatkan pengeluaran dan pendapatan.

Artikel ini membincangkan tema "tenaga baharu, bahan baharu, reka bentuk baharu untuk membantu revolusi baharu rumah hijau", termasuk penyelidikan dan inovasi tenaga suria, tenaga biojisim, tenaga geoterma dan sumber tenaga baharu lain dalam rumah hijau, penyelidikan dan aplikasi bahan baharu untuk penutup, penebat haba, dinding dan peralatan lain, serta prospek dan pemikiran masa depan tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk baharu untuk membantu pembaharuan rumah hijau, bagi menyediakan rujukan untuk industri.

Membangunkan pertanian kemudahan adalah keperluan politik dan pilihan yang tidak dapat dielakkan untuk melaksanakan semangat arahan penting dan proses membuat keputusan kerajaan pusat. Pada tahun 2020, jumlah kawasan pertanian terlindung di China akan menjadi 2.8 juta hm2, dan nilai output akan melebihi 1 trilion yuan. Ia merupakan cara penting untuk meningkatkan kapasiti pengeluaran rumah hijau bagi meningkatkan pencahayaan rumah hijau dan prestasi penebat haba melalui tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk rumah hijau baharu. Terdapat banyak kelemahan dalam pengeluaran rumah hijau tradisional, seperti arang batu, minyak bahan api dan sumber tenaga lain yang digunakan untuk pemanasan dan pemanasan di rumah hijau tradisional, mengakibatkan sejumlah besar gas dioksida, yang mencemarkan alam sekitar dengan serius, manakala gas asli, tenaga elektrik dan sumber tenaga lain meningkatkan kos operasi rumah hijau. Bahan penyimpanan haba tradisional untuk dinding rumah hijau kebanyakannya tanah liat dan bata, yang banyak digunakan dan menyebabkan kerosakan serius kepada sumber tanah. Kecekapan penggunaan tanah rumah hijau solar tradisional dengan dinding tanah hanya 40% ~ 50%, dan rumah hijau biasa mempunyai kapasiti penyimpanan haba yang lemah, jadi ia tidak boleh hidup sepanjang musim sejuk untuk menghasilkan sayur-sayuran panas di utara China. Oleh itu, teras dalam mempromosikan perubahan rumah hijau, atau penyelidikan asas terletak pada reka bentuk rumah hijau, penyelidikan dan pembangunan bahan baharu dan tenaga baharu. Artikel ini akan memberi tumpuan kepada penyelidikan dan inovasi sumber tenaga baharu di rumah hijau, meringkaskan status penyelidikan sumber tenaga baharu seperti tenaga suria, tenaga biojisim, tenaga geoterma, tenaga angin dan bahan penutup lutsinar baharu, bahan penebat haba dan bahan dinding di rumah hijau, menganalisis aplikasi tenaga baharu dan bahan baharu dalam pembinaan rumah hijau baharu, dan menantikan peranannya dalam pembangunan dan transformasi rumah hijau pada masa hadapan.

Penyelidikan dan Inovasi Rumah Hijau Tenaga Baharu

Tenaga baharu hijau dengan potensi penggunaan pertanian terbesar termasuk tenaga suria, tenaga geoterma dan tenaga biojisim, atau penggunaan komprehensif pelbagai sumber tenaga baharu, untuk mencapai penggunaan tenaga yang cekap dengan mempelajari kelebihan masing-masing.

tenaga/kuasa solar

Teknologi tenaga suria merupakan mod bekalan tenaga rendah karbon, cekap dan mampan, dan ia merupakan komponen penting dalam industri strategik China yang sedang membangun. Ia akan menjadi pilihan yang tidak dapat dielakkan untuk transformasi dan penaiktarafan struktur tenaga China pada masa hadapan. Dari sudut pandangan penggunaan tenaga, rumah hijau itu sendiri merupakan struktur kemudahan untuk penggunaan tenaga suria. Melalui kesan rumah hijau, tenaga suria dikumpulkan di dalam rumah, suhu rumah hijau dinaikkan, dan haba yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman disediakan. Sumber tenaga utama fotosintesis tumbuhan rumah hijau ialah cahaya matahari langsung, iaitu penggunaan langsung tenaga suria.

01 Penjanaan kuasa fotovoltaik untuk menjana haba

Penjanaan kuasa fotovoltaik merupakan teknologi yang menukarkan tenaga cahaya kepada tenaga elektrik secara langsung berdasarkan kesan fotovoltaik. Elemen utama teknologi ini ialah sel suria. Apabila tenaga suria menyinari susunan panel suria secara bersiri atau selari, komponen semikonduktor menukarkan tenaga sinaran suria kepada tenaga elektrik secara langsung. Teknologi fotovoltaik boleh menukarkan tenaga cahaya kepada tenaga elektrik secara langsung, menyimpan elektrik melalui bateri, dan memanaskan rumah hijau pada waktu malam, tetapi kosnya yang tinggi menyekat perkembangan selanjutnya. Kumpulan penyelidikan membangunkan peranti pemanasan grafen fotovoltaik, yang terdiri daripada panel fotovoltaik fleksibel, mesin kawalan terbalik semua-dalam-satu, bateri simpanan dan rod pemanasan grafen. Mengikut panjang garisan penanaman, rod pemanasan grafen ditanam di bawah beg substrat. Pada siang hari, panel fotovoltaik menyerap sinaran suria untuk menjana elektrik dan menyimpannya dalam bateri simpanan, dan kemudian elektrik dibebaskan pada waktu malam untuk rod pemanasan grafen. Dalam pengukuran sebenar, mod kawalan suhu bermula pada 17℃ dan ditutup pada 19℃ diguna pakai. Beroperasi pada waktu malam (20:00-08:00 pada hari kedua) selama 8 jam, penggunaan tenaga untuk memanaskan satu baris tumbuhan ialah 1.24 kW·j, dan suhu purata beg substrat pada waktu malam ialah 19.2℃, iaitu 3.5 ~ 5.3℃ lebih tinggi daripada kawalan. Kaedah pemanasan yang digabungkan dengan penjanaan kuasa fotovoltaik ini menyelesaikan masalah penggunaan tenaga yang tinggi dan pencemaran yang tinggi dalam pemanasan rumah hijau pada musim sejuk.

02 penukaran dan penggunaan fototerma

Penukaran fototerma solar merujuk kepada penggunaan permukaan pengumpulan cahaya matahari khas yang diperbuat daripada bahan penukaran fototerma untuk mengumpul dan menyerap sebanyak mungkin tenaga suria yang dipancarkan ke atasnya dan menukarkannya kepada tenaga haba. Berbanding dengan aplikasi fotovoltaik solar, aplikasi fototerma solar meningkatkan penyerapan jalur inframerah dekat, jadi ia mempunyai kecekapan penggunaan tenaga cahaya matahari yang lebih tinggi, kos yang lebih rendah dan teknologi yang matang, dan merupakan cara penggunaan tenaga suria yang paling banyak digunakan.

Teknologi penukaran dan penggunaan fototerma yang paling matang di China ialah pengumpul suria, komponen terasnya ialah teras plat penyerap haba dengan salutan penyerapan terpilih, yang boleh menukar tenaga sinaran suria yang melalui plat penutup menjadi tenaga haba dan menghantarnya ke medium kerja penyerap haba. Pengumpul suria boleh dibahagikan kepada dua kategori mengikut sama ada terdapat ruang vakum dalam pengumpul atau tidak: pengumpul suria rata dan pengumpul suria tiub vakum; pengumpul suria pekat dan pengumpul suria tidak pekat mengikut sama ada sinaran suria di pelabuhan siang hari berubah arah; dan pengumpul suria cecair dan pengumpul suria udara mengikut jenis medium kerja pemindahan haba.

Penggunaan tenaga suria di rumah hijau terutamanya dijalankan melalui pelbagai jenis pengumpul suria. Universiti Ibn Zor di Maghribi telah membangunkan sistem pemanasan tenaga suria aktif (ASHS) untuk pemanasan rumah hijau, yang boleh meningkatkan jumlah pengeluaran tomato sebanyak 55% pada musim sejuk. Universiti Pertanian China telah mereka bentuk dan membangunkan satu set sistem pengumpulan dan pelepasan kipas penyejuk permukaan, dengan kapasiti pengumpulan haba sebanyak 390.6～693.0 MJ, dan mengemukakan idea untuk memisahkan proses pengumpulan haba daripada proses penyimpanan haba oleh pam haba. Universiti Bari di Itali telah membangunkan sistem pemanasan poligenerasi rumah hijau, yang terdiri daripada sistem tenaga suria dan pam haba udara-air, dan boleh meningkatkan suhu udara sebanyak 3.6% dan suhu tanah sebanyak 92%. Kumpulan penyelidikan telah membangunkan sejenis peralatan pengumpulan haba suria aktif dengan sudut kecenderungan berubah-ubah untuk rumah hijau suria, dan peranti penyimpanan haba sokongan untuk badan air rumah hijau merentasi cuaca. Teknologi pengumpulan haba suria aktif dengan kecenderungan berubah-ubah menembusi batasan peralatan pengumpulan haba rumah hijau tradisional, seperti kapasiti pengumpulan haba yang terhad, teduhan dan pendudukan tanah yang ditanam. Dengan menggunakan struktur rumah hijau khas rumah hijau solar, ruang bukan penanaman rumah hijau digunakan sepenuhnya, yang meningkatkan kecekapan penggunaan ruang rumah hijau dengan ketara. Di bawah keadaan kerja yang cerah, sistem pengumpulan haba solar aktif dengan kecondongan berubah-ubah mencapai 1.9 MJ/(m2j), kecekapan penggunaan tenaga mencapai 85.1% dan kadar penjimatan tenaga ialah 77%. Dalam teknologi penyimpanan haba rumah hijau, struktur penyimpanan haba perubahan berbilang fasa ditetapkan, kapasiti penyimpanan haba peranti penyimpanan haba ditingkatkan, dan pembebasan haba secara perlahan daripada peranti direalisasikan, untuk merealisasikan penggunaan haba yang dikumpulkan oleh peralatan pengumpulan haba solar rumah hijau dengan cekap.

tenaga biojisim

Struktur kemudahan baharu dibina dengan menggabungkan peranti penghasil haba biojisim dengan rumah hijau, dan bahan mentah biojisim seperti najis babi, sisa cendawan dan jerami dikomposkan untuk menghasilkan haba, dan tenaga haba yang dihasilkan dibekalkan terus ke rumah hijau [5]. Berbanding dengan rumah hijau tanpa tangki pemanasan penapaian biojisim, rumah hijau pemanasan boleh meningkatkan suhu tanah di rumah hijau dengan berkesan dan mengekalkan suhu akar tanaman yang ditanam di dalam tanah dalam iklim biasa pada musim sejuk. Dengan mengambil rumah hijau penebat haba asimetri lapisan tunggal dengan rentang 17m dan panjang 30m sebagai contoh, menambah 8m sisa pertanian (campuran jerami tomato dan najis babi) ke dalam tangki penapaian dalaman untuk penapaian semula jadi tanpa membalikkan longgokan boleh meningkatkan purata suhu harian rumah hijau sebanyak 4.2℃ pada musim sejuk, dan purata suhu minimum harian boleh mencapai 4.6℃.

Penggunaan tenaga bagi penapaian terkawal biojisim merupakan kaedah penapaian yang menggunakan instrumen dan peralatan untuk mengawal proses penapaian bagi mendapatkan dan menggunakan tenaga haba biojisim dan baja gas CO2 dengan cepat dan cekap, antaranya pengudaraan dan kelembapan merupakan faktor utama untuk mengawal haba penapaian dan penghasilan gas biojisim. Di bawah keadaan pengudaraan, mikroorganisma aerobik dalam timbunan penapaian menggunakan oksigen untuk aktiviti kehidupan, dan sebahagian daripada tenaga yang dihasilkan digunakan untuk aktiviti kehidupan mereka sendiri, dan sebahagian daripada tenaga dilepaskan ke persekitaran sebagai tenaga haba, yang bermanfaat untuk peningkatan suhu persekitaran. Air mengambil bahagian dalam keseluruhan proses penapaian, menyediakan nutrien larut yang diperlukan untuk aktiviti mikrob, dan pada masa yang sama melepaskan haba timbunan dalam bentuk stim melalui air, untuk mengurangkan suhu timbunan, memanjangkan hayat mikroorganisma dan meningkatkan suhu pukal timbunan. Memasang peranti pelarutan jerami dalam tangki penapaian boleh meningkatkan suhu dalaman sebanyak 3 ~ 5℃ pada musim sejuk, menguatkan fotosintesis tumbuhan dan meningkatkan hasil tomato sebanyak 29.6%.

Tenaga geoterma

China kaya dengan sumber geoterma. Pada masa ini, cara paling biasa bagi kemudahan pertanian untuk menggunakan tenaga geoterma adalah dengan menggunakan pam haba sumber tanah, yang boleh memindahkan daripada tenaga haba gred rendah kepada tenaga haba gred tinggi dengan memasukkan sedikit tenaga gred tinggi (seperti tenaga elektrik). Berbeza dengan langkah pemanasan rumah hijau tradisional, pemanasan pam haba sumber tanah bukan sahaja boleh mencapai kesan pemanasan yang ketara, tetapi juga mempunyai keupayaan untuk menyejukkan rumah hijau dan mengurangkan kelembapan di rumah hijau. Kajian aplikasi pam haba sumber tanah dalam bidang pembinaan perumahan telah matang. Bahagian teras yang mempengaruhi kapasiti pemanasan dan penyejukan pam haba sumber tanah ialah modul pertukaran haba bawah tanah, yang terutamanya merangkumi paip tertimbus, telaga bawah tanah, dan sebagainya. Cara mereka bentuk sistem pertukaran haba bawah tanah dengan kos dan kesan yang seimbang sentiasa menjadi tumpuan penyelidikan bahagian ini. Pada masa yang sama, perubahan suhu lapisan tanah bawah tanah dalam aplikasi pam haba sumber tanah juga mempengaruhi kesan penggunaan sistem pam haba. Menggunakan pam haba sumber tanah untuk menyejukkan rumah hijau pada musim panas dan menyimpan tenaga haba di lapisan tanah yang dalam dapat mengurangkan penurunan suhu lapisan tanah bawah tanah dan meningkatkan kecekapan pengeluaran haba pam haba sumber tanah pada musim sejuk.

Pada masa ini, dalam kajian prestasi dan kecekapan pam haba sumber tanah, melalui data eksperimen sebenar, model berangka telah diwujudkan dengan perisian seperti TOUGH2 dan TRNSYS, dan disimpulkan bahawa prestasi pemanasan dan pekali prestasi (COP) pam haba sumber tanah boleh mencapai 3.0 ~ 4.5, yang mempunyai kesan penyejukan dan pemanasan yang baik. Dalam kajian strategi operasi sistem pam haba, Fu Yunzhun dan lain-lain mendapati bahawa berbanding dengan aliran sisi beban, aliran sisi sumber tanah mempunyai kesan yang lebih besar terhadap prestasi unit dan prestasi pemindahan haba paip yang tertimbus. Di bawah keadaan tetapan aliran, nilai COP maksimum unit boleh mencapai 4.17 dengan menerima pakai skim operasi beroperasi selama 2 jam dan berhenti selama 2 jam; Shi Huixian dkk. menerima pakai mod operasi sekejap-sekejap sistem penyejukan simpanan air. Pada musim panas, apabila suhu tinggi, COP keseluruhan sistem bekalan tenaga boleh mencapai 3.80.

Teknologi penyimpanan haba tanah dalam di rumah hijau

Penyimpanan haba tanah dalam di rumah hijau juga dipanggil "bank penyimpanan haba" di rumah hijau. Kerosakan sejuk pada musim sejuk dan suhu tinggi pada musim panas adalah halangan utama kepada pengeluaran rumah hijau. Berdasarkan kapasiti penyimpanan haba yang kuat di tanah dalam, kumpulan penyelidikan mereka bentuk peranti penyimpanan haba dalam bawah tanah rumah hijau. Peranti ini merupakan saluran paip pemindahan haba selari dua lapisan yang ditanam pada kedalaman 1.5~2.5m di bawah tanah di rumah hijau, dengan saluran masuk udara di bahagian atas rumah hijau dan saluran keluar udara di atas tanah. Apabila suhu di rumah hijau tinggi, udara dalaman dipam secara paksa ke dalam tanah oleh kipas untuk merealisasikan penyimpanan haba dan pengurangan suhu. Apabila suhu rumah hijau rendah, haba diekstrak dari tanah untuk memanaskan rumah hijau. Keputusan pengeluaran dan aplikasi menunjukkan bahawa peranti ini boleh meningkatkan suhu rumah hijau sebanyak 2.3℃ pada malam musim sejuk, mengurangkan suhu dalaman sebanyak 2.6℃ pada hari musim panas, dan meningkatkan hasil tomato sebanyak 1500kg dalam 667 m.²Peranti ini menggunakan sepenuhnya ciri-ciri "hangat pada musim sejuk dan sejuk pada musim panas" dan "suhu malar" tanah bawah tanah yang dalam, menyediakan "bank akses tenaga" untuk rumah hijau, dan secara berterusan melengkapkan fungsi tambahan penyejukan dan pemanasan rumah hijau.

Koordinasi pelbagai tenaga

Menggunakan dua atau lebih jenis tenaga untuk memanaskan rumah hijau boleh menampung kekurangan jenis tenaga tunggal dengan berkesan, dan memberi kesan superposisi "satu tambah satu adalah lebih besar daripada dua". Kerjasama pelengkap antara tenaga geoterma dan tenaga suria merupakan titik panas penyelidikan penggunaan tenaga baharu dalam pengeluaran pertanian sejak kebelakangan ini. Emmi et. mengkaji sistem tenaga berbilang sumber (Rajah 1), yang dilengkapi dengan pengumpul suria hibrid fotovoltaik-terma. Berbanding dengan sistem pam haba udara-air biasa, kecekapan tenaga sistem tenaga berbilang sumber telah ditingkatkan sebanyak 16%~25%. Zheng et. membangunkan jenis baharu sistem penyimpanan haba berganding tenaga suria dan pam haba sumber tanah. Sistem pengumpul suria boleh merealisasikan penyimpanan pemanasan bermusim yang berkualiti tinggi, iaitu pemanasan berkualiti tinggi pada musim sejuk dan penyejukan berkualiti tinggi pada musim panas. Penukar haba tiub tertimbus dan tangki simpanan haba sekejap-sekejap semuanya boleh berjalan dengan baik dalam sistem, dan nilai COP sistem boleh mencapai 6.96.

Digabungkan dengan tenaga suria, ia bertujuan untuk mengurangkan penggunaan kuasa komersial dan meningkatkan kestabilan bekalan kuasa suria di rumah hijau. Wan Ya et. mengemukakan skim teknologi kawalan pintar baharu yang menggabungkan penjanaan kuasa suria dengan kuasa komersial untuk pemanasan rumah hijau, yang boleh menggunakan kuasa fotovoltaik apabila terdapat cahaya, dan mengubahnya menjadi kuasa komersial apabila tiada cahaya, sekali gus mengurangkan kadar kekurangan kuasa beban dengan ketara, dan mengurangkan kos ekonomi tanpa menggunakan bateri.

Tenaga suria, tenaga biojisim dan tenaga elektrik boleh memanaskan rumah hijau secara bersama-sama, yang juga boleh mencapai kecekapan pemanasan yang tinggi. Zhang Liangrui dan lain-lain menggabungkan pengumpulan haba tiub vakum suria dengan tangki air simpanan haba elektrik lembah. Sistem pemanasan rumah hijau mempunyai keselesaan terma yang baik, dan purata kecekapan pemanasan sistem ialah 68.70%. Tangki air simpanan haba elektrik ialah peranti simpanan air pemanasan biojisim dengan pemanasan elektrik. Suhu terendah salur masuk air di hujung pemanasan ditetapkan, dan strategi operasi sistem ditentukan mengikut suhu simpanan air bahagian pengumpulan haba suria dan bahagian simpanan haba biojisim, untuk mencapai suhu pemanasan yang stabil di hujung pemanasan dan menjimatkan tenaga elektrik dan bahan tenaga biojisim ke tahap maksimum.

Penyelidikan Inovatif dan Aplikasi Bahan Rumah Hijau Baharu

Dengan perluasan kawasan rumah hijau, kelemahan aplikasi bahan rumah hijau tradisional seperti batu bata dan tanah semakin terbongkar. Oleh itu, untuk meningkatkan lagi prestasi haba rumah hijau dan memenuhi keperluan pembangunan rumah hijau moden, terdapat banyak kajian dan aplikasi bahan penutup lutsinar baharu, bahan penebat haba dan bahan dinding.

Penyelidikan dan aplikasi bahan penutup lutsinar baharu

Jenis-jenis bahan penutup lutsinar untuk rumah hijau terutamanya termasuk filem plastik, kaca, panel solar dan panel fotovoltaik, antaranya filem plastik mempunyai kawasan aplikasi terbesar. Filem PE rumah hijau tradisional mempunyai kecacatan jangka hayat yang pendek, tidak terdegradasi dan fungsi tunggal. Pada masa ini, pelbagai filem berfungsi baharu telah dibangunkan dengan menambah reagen atau salutan berfungsi.

Filem penukaran cahaya:Filem penukaran cahaya mengubah sifat optik filem dengan menggunakan agen penukaran cahaya seperti bahan nadir bumi dan nano, dan boleh menukar kawasan cahaya ultraungu kepada cahaya merah jingga dan cahaya biru ungu yang diperlukan oleh fotosintesis tumbuhan, sekali gus meningkatkan hasil tanaman dan mengurangkan kerosakan cahaya ultraungu pada tanaman dan filem rumah hijau di rumah hijau plastik. Contohnya, filem rumah hijau jalur lebar ungu ke merah dengan agen penukaran cahaya VTR-660 boleh meningkatkan transmisi inframerah dengan ketara apabila digunakan di rumah hijau, dan berbanding dengan rumah hijau kawalan, hasil tomato sehektar, kandungan vitamin C dan likopena masing-masing meningkat dengan ketara sebanyak 25.71%, 11.11% dan 33.04%. Walau bagaimanapun, pada masa ini, jangka hayat, kebolehuraian dan kos filem penukaran cahaya baharu masih perlu dikaji.

Kaca berselerakKaca berselerak di rumah hijau ialah corak khas dan teknologi anti-pantulan pada permukaan kaca, yang boleh memaksimumkan cahaya matahari menjadi cahaya berselerak dan memasuki rumah hijau, meningkatkan kecekapan fotosintesis tanaman dan meningkatkan hasil tanaman. Kaca berselerak menukarkan cahaya yang memasuki rumah hijau menjadi cahaya berselerak melalui corak khas, dan cahaya berselerak boleh disinari dengan lebih sekata ke dalam rumah hijau, menghapuskan pengaruh bayang rangka pada rumah hijau. Berbanding dengan kaca apungan biasa dan kaca apungan ultra putih, piawaian transmisi cahaya kaca berselerak ialah 91.5%, dan kaca apungan biasa ialah 88%. Bagi setiap peningkatan 1% dalam transmisi cahaya di dalam rumah hijau, hasil boleh ditingkatkan kira-kira 3%, dan gula larut dan vitamin C dalam buah-buahan dan sayur-sayuran telah meningkat. Kaca berselerak di rumah hijau disalut terlebih dahulu dan kemudian dibaja, dan kadar letupan sendiri adalah lebih tinggi daripada piawaian kebangsaan, mencapai 2‰.

Penyelidikan dan Aplikasi Bahan Penebat Haba Baharu

Bahan penebat haba tradisional di rumah hijau terutamanya termasuk tikar jerami, selimut kertas, selimut penebat haba felt jarum, dan sebagainya, yang kebanyakannya digunakan untuk penebat haba dalaman dan luaran bumbung, penebat dinding dan penebat haba bagi beberapa peranti penyimpanan haba dan pengumpulan haba. Kebanyakannya mempunyai kecacatan kehilangan prestasi penebat haba disebabkan oleh kelembapan dalaman selepas penggunaan jangka panjang. Oleh itu, terdapat banyak aplikasi bahan penebat haba tinggi yang baharu, antaranya selimut penebat haba baharu, peranti penyimpanan haba dan pengumpulan haba merupakan fokus penyelidikan.

Bahan penebat haba baharu biasanya dibuat dengan memproses dan menggabungkan bahan kalis air permukaan dan tahan penuaan seperti filem tenunan dan felt bersalut dengan bahan penebat haba gebu seperti kapas bersalut semburan, pelbagai kasmir dan kapas mutiara. Selimut penebat haba kapas bersalut semburan filem tenunan telah diuji di Timur Laut China. Didapati bahawa penambahan 500g kapas bersalut semburan adalah bersamaan dengan prestasi penebat haba selimut penebat haba felt hitam 4500g di pasaran. Di bawah keadaan yang sama, prestasi penebat haba kapas bersalut semburan 700g telah ditingkatkan sebanyak 1~2℃ berbanding selimut penebat haba kapas bersalut semburan 500g. Pada masa yang sama, kajian lain juga mendapati bahawa berbanding dengan selimut penebat haba yang biasa digunakan di pasaran, kesan penebat haba kapas bersalut semburan dan pelbagai selimut penebat haba kasmir adalah lebih baik, dengan kadar penebat haba masing-masing sebanyak 84.0% dan 83.3%. Apabila suhu luar paling sejuk ialah -24.4℃, suhu dalaman masing-masing boleh mencapai 5.4 dan 4.2℃. Berbanding dengan selimut penebat selimut jerami tunggal, selimut penebat komposit baharu ini mempunyai kelebihan ringan, kadar penebat yang tinggi, kalis air yang kuat dan rintangan penuaan, dan boleh digunakan sebagai jenis bahan penebat berkecekapan tinggi baharu untuk rumah hijau solar.

Pada masa yang sama, menurut kajian bahan penebat haba untuk peranti pengumpulan dan penyimpanan haba rumah hijau, didapati juga bahawa apabila ketebalannya sama, bahan penebat haba komposit berbilang lapisan mempunyai prestasi penebat haba yang lebih baik daripada bahan tunggal. Pasukan Profesor Li Jianming dari Northwest A&F University mereka bentuk dan menapis 22 jenis bahan penebat haba peranti penyimpanan air rumah hijau, seperti papan vakum, aerogel dan kapas getah, dan mengukur sifat terma mereka. Keputusan menunjukkan bahawa bahan penebat komposit salutan penebat haba 80mm+aerogel+kapas penebat haba getah-plastik dapat mengurangkan pelesapan haba sebanyak 0.367MJ setiap unit masa berbanding kapas getah-plastik 80mm, dan pekali pemindahan habanya ialah 0.283W/(m2·k) apabila ketebalan kombinasi penebat ialah 100mm.

Bahan perubahan fasa merupakan salah satu tumpuan utama dalam penyelidikan bahan rumah hijau. Northwest A&F University telah membangunkan dua jenis peranti penyimpanan bahan perubahan fasa: satu ialah kotak penyimpanan yang diperbuat daripada polietilena hitam, yang mempunyai saiz 50cm×30cm×14cm (panjang×tinggi×tebal) dan diisi dengan bahan perubahan fasa, supaya ia boleh menyimpan haba dan melepaskan haba; Kedua, sejenis papan dinding perubahan fasa baharu dibangunkan. Papan dinding perubahan fasa terdiri daripada bahan perubahan fasa, plat aluminium, plat aluminium-plastik dan aloi aluminium. Bahan perubahan fasa terletak di kedudukan paling tengah papan dinding, dan spesifikasinya ialah 200mm×200mm×50mm. Ia adalah pepejal serbuk sebelum dan selepas perubahan fasa, dan tiada fenomena lebur atau mengalir. Empat dinding bahan perubahan fasa masing-masing ialah plat aluminium dan plat aluminium-plastik. Peranti ini boleh melaksanakan fungsi terutamanya menyimpan haba pada siang hari dan terutamanya melepaskan haba pada waktu malam.

Oleh itu, terdapat beberapa masalah dalam penggunaan bahan penebat haba tunggal, seperti kecekapan penebat haba yang rendah, kehilangan haba yang besar, masa penyimpanan haba yang singkat, dan sebagainya. Oleh itu, penggunaan bahan penebat haba komposit sebagai lapisan penebat haba dan lapisan penutup penebat haba dalaman dan luaran bagi peranti penyimpanan haba boleh meningkatkan prestasi penebat haba rumah hijau dengan berkesan, mengurangkan kehilangan haba rumah hijau, dan seterusnya mencapai kesan penjimatan tenaga.

Penyelidikan dan Aplikasi Tembok Baharu

Sebagai sejenis struktur kandang, dinding merupakan penghalang penting untuk perlindungan sejuk dan pemeliharaan haba rumah hijau. Mengikut bahan dan struktur dinding, pembangunan dinding utara rumah hijau boleh dibahagikan kepada tiga jenis: dinding lapisan tunggal yang diperbuat daripada tanah, bata, dan sebagainya, dan dinding utara berlapis yang diperbuat daripada bata tanah liat, bata blok, papan polistirena, dan sebagainya, dengan penyimpanan haba dalaman dan penebat haba luaran, dan kebanyakan dinding ini memakan masa dan intensif buruh; Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak jenis dinding baharu telah muncul, yang mudah dibina dan sesuai untuk pemasangan cepat.

Kemunculan dinding pemasangan jenis baharu menggalakkan perkembangan pesat rumah hijau yang dipasang, termasuk dinding komposit jenis baharu dengan bahan permukaan kalis air dan anti-penuaan luaran dan bahan seperti kain felt, kapas mutiara, kapas ruang, kapas kaca atau kapas kitar semula sebagai lapisan penebat haba, seperti dinding pemasangan fleksibel kapas ikatan semburan di Xinjiang. Di samping itu, kajian lain juga melaporkan dinding utara rumah hijau yang dipasang dengan lapisan penyimpanan haba, seperti blok mortar cangkerang gandum berisi bata di Xinjiang. Di bawah persekitaran luaran yang sama, apabila suhu luar terendah ialah -20.8℃, suhu di rumah hijau solar dengan dinding komposit blok mortar cangkerang gandum ialah 7.5℃, manakala suhu di rumah hijau solar dengan dinding bata-konkrit ialah 3.2℃. Masa penuaian tomato di rumah hijau bata boleh dipercepatkan sebanyak 16 hari, dan hasil rumah hijau tunggal boleh ditingkatkan sebanyak 18.4%.

Pasukan fasiliti Northwest A&F University mengemukakan idea reka bentuk untuk membuat bahan jerami, tanah, air, batu dan perubahan fasa menjadi modul penebat haba dan penyimpanan haba dari sudut cahaya dan reka bentuk dinding yang dipermudahkan, yang menggalakkan penyelidikan aplikasi dinding pemasangan modular. Contohnya, berbanding dengan rumah hijau dinding bata biasa, suhu purata di rumah hijau adalah 4.0℃ lebih tinggi pada hari yang cerah. Tiga jenis modul simen perubahan fasa bukan organik, yang diperbuat daripada bahan perubahan fasa (PCM) dan simen, mempunyai haba terkumpul sebanyak 74.5, 88.0 dan 95.1 MJ/m3.³, dan membebaskan haba sebanyak 59.8, 67.8 dan 84.2 MJ/m³, masing-masing. Ia mempunyai fungsi "pemotongan puncak" pada waktu siang, "pengisian lembah" pada waktu malam, menyerap haba pada musim panas dan melepaskan haba pada musim sejuk.

Dinding-dinding baharu ini dipasang di tapak, dengan tempoh pembinaan yang singkat dan jangka hayat yang panjang, yang mewujudkan keadaan untuk pembinaan rumah hijau pasang siap yang ringan, dipermudahkan dan dipasang dengan cepat, dan boleh menggalakkan pembaharuan struktur rumah hijau dengan ketara. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kecacatan pada dinding jenis ini, seperti dinding selimut penebat haba kapas semburan-ikat mempunyai prestasi penebat haba yang sangat baik, tetapi kekurangan kapasiti penyimpanan haba, dan bahan binaan perubahan fasa mempunyai masalah kos penggunaan yang tinggi. Pada masa hadapan, kajian aplikasi dinding yang dipasang perlu diperkukuhkan.

Tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk baharu membantu perubahan struktur rumah hijau.

Penyelidikan dan inovasi tenaga baharu dan bahan baharu menyediakan asas untuk inovasi reka bentuk rumah hijau. Rumah hijau solar penjimatan tenaga dan bangsal gerbang merupakan struktur bangsal terbesar dalam pengeluaran pertanian China, dan ia memainkan peranan penting dalam pengeluaran pertanian. Walau bagaimanapun, dengan perkembangan ekonomi sosial China, kekurangan kedua-dua jenis struktur kemudahan ini semakin ketara. Pertama, ruang struktur kemudahan adalah kecil dan tahap mekanisasi adalah rendah; Kedua, rumah hijau solar penjimatan tenaga mempunyai penebat haba yang baik, tetapi penggunaan tanah adalah rendah, yang bersamaan dengan menggantikan tenaga rumah hijau dengan tanah. Bangsal gerbang biasa bukan sahaja mempunyai ruang yang kecil, tetapi juga mempunyai penebat haba yang lemah. Walaupun rumah hijau berbilang rentang mempunyai ruang yang besar, ia mempunyai penebat haba yang lemah dan penggunaan tenaga yang tinggi. Oleh itu, adalah penting untuk menyelidik dan membangunkan struktur rumah hijau yang sesuai untuk tahap sosial dan ekonomi semasa China, dan penyelidikan dan pembangunan tenaga baharu dan bahan baharu akan membantu struktur rumah hijau berubah dan menghasilkan pelbagai model atau struktur rumah hijau yang inovatif.

Penyelidikan Inovatif mengenai Rumah Hijau Brewing Kawalan Air Asimetri Rentang Besar

Rumah hijau pembuatan bir asimetri rentang besar yang dikawal air (nombor paten: ZL 201220391214.2) adalah berdasarkan prinsip rumah hijau cahaya matahari, mengubah struktur simetri rumah hijau plastik biasa, meningkatkan rentang selatan, meningkatkan kawasan pencahayaan bumbung selatan, mengurangkan rentang utara dan mengurangkan kawasan pelesapan haba, dengan rentang 18 ~ 24m dan ketinggian rabung 6 ~ 7m. Melalui inovasi reka bentuk, struktur ruang telah meningkat dengan ketara. Pada masa yang sama, masalah haba yang tidak mencukupi di rumah hijau pada musim sejuk dan penebat haba yang lemah bagi bahan penebat haba biasa diselesaikan dengan menggunakan teknologi baharu bahan penebat haba dan haba pembuatan bir biojisim. Keputusan pengeluaran dan penyelidikan menunjukkan bahawa rumah hijau bir kawalan air asimetri rentang besar, dengan suhu purata 11.7℃ pada hari cerah dan 10.8℃ pada hari mendung, dapat memenuhi permintaan pertumbuhan tanaman pada musim sejuk, dan kos pembinaan rumah hijau dikurangkan sebanyak 39.6% dan kadar penggunaan tanah meningkat lebih daripada 30% berbanding dengan rumah hijau dinding bata polistirena, yang sesuai untuk dipopularkan dan digunakan lebih lanjut di Lembangan Sungai Huaihe Kuning di China.

Rumah hijau cahaya matahari yang dipasang

Rumah hijau cahaya matahari yang dipasang menggunakan tiang dan rangka bumbung sebagai struktur galas beban, dan bahan dindingnya terutamanya merupakan kandang penebat haba, bukannya galas dan penyimpanan dan pelepasan haba pasif. Terutamanya: (1) jenis dinding pemasangan baharu dibentuk dengan menggabungkan pelbagai bahan seperti filem bersalut atau plat keluli berwarna, blok jerami, selimut penebat haba fleksibel, blok mortar, dan sebagainya. (2) papan dinding komposit yang diperbuat daripada papan simen pasang siap-papan polistirena-papan simen; (3) Jenis bahan penebat haba pemasangan yang ringan dan mudah dengan sistem penyimpanan dan pelepasan haba aktif dan sistem penyahlembapan, seperti penyimpanan haba baldi segi empat sama plastik dan penyimpanan haba saluran paip. Menggunakan bahan penebat haba baharu yang berbeza dan bahan penyimpanan haba dan bukannya dinding tanah tradisional untuk membina rumah hijau solar mempunyai ruang yang besar dan kejuruteraan awam yang kecil. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa suhu rumah hijau pada waktu malam pada musim sejuk adalah 4.5℃ lebih tinggi daripada rumah hijau dinding bata tradisional, dan ketebalan dinding belakang ialah 166mm. Berbanding dengan rumah hijau berdinding bata setebal 600mm, kawasan dinding yang diduduki berkurangan sebanyak 72%, dan kos setiap meter persegi ialah 334.5 yuan, iaitu 157.2 yuan lebih rendah daripada rumah hijau berdinding bata, dan kos pembinaan telah menurun dengan ketara. Oleh itu, rumah hijau yang dipasang mempunyai kelebihan pemusnahan tanah yang kurang ditanam, penjimatan tanah, kelajuan pembinaan yang pantas dan jangka hayat yang panjang, dan ia merupakan hala tuju utama untuk inovasi dan pembangunan rumah hijau solar pada masa kini dan pada masa hadapan.

Rumah hijau cahaya matahari gelongsor

Rumah hijau suria penjimatan tenaga yang dipasang pada papan selaju yang dibangunkan oleh Universiti Pertanian Shenyang menggunakan dinding belakang rumah hijau suria untuk membentuk sistem penyimpanan haba dinding peredaran air bagi menyimpan haba dan meningkatkan suhu, yang kebanyakannya terdiri daripada kolam (32m³), plat pengumpul cahaya (360m²), pam air, paip air dan pengawal. Selimut penebat haba fleksibel digantikan dengan bahan plat keluli berwarna bulu batu ringan baharu di bahagian atas. Kajian menunjukkan bahawa reka bentuk ini berkesan menyelesaikan masalah gable yang menyekat cahaya, dan meningkatkan kawasan kemasukan cahaya rumah hijau. Sudut pencahayaan rumah hijau ialah 41.5°, yang hampir 16° lebih tinggi daripada rumah hijau kawalan, sekali gus meningkatkan kadar pencahayaan. Taburan suhu dalaman adalah seragam, dan tumbuhan tumbuh dengan kemas. Rumah hijau mempunyai kelebihan dalam meningkatkan kecekapan penggunaan tanah, mereka bentuk saiz rumah hijau secara fleksibel dan memendekkan tempoh pembinaan, yang sangat penting untuk melindungi sumber tanah dan alam sekitar yang ditanam.

Rumah hijau fotovoltaik

Rumah hijau pertanian ialah rumah hijau yang mengintegrasikan penjanaan kuasa fotovoltaik solar, kawalan suhu pintar dan penanaman berteknologi tinggi moden. Ia menggunakan rangka tulang keluli dan ditutup dengan modul fotovoltaik solar untuk memastikan keperluan pencahayaan modul penjanaan kuasa fotovoltaik dan keperluan pencahayaan seluruh rumah hijau. Arus terus yang dijana oleh tenaga solar secara langsung menambah cahaya rumah hijau pertanian, secara langsung menyokong operasi normal peralatan rumah hijau, memacu pengairan sumber air, meningkatkan suhu rumah hijau dan menggalakkan pertumbuhan tanaman yang pesat. Modul fotovoltaik dengan cara ini akan menjejaskan kecekapan pencahayaan bumbung rumah hijau, dan kemudian menjejaskan pertumbuhan normal sayur-sayuran rumah hijau. Oleh itu, susun atur panel fotovoltaik yang rasional di bumbung rumah hijau menjadi titik utama aplikasi. Rumah hijau pertanian ialah hasil gabungan organik pertanian bersiar-siar dan berkebun kemudahan, dan ia merupakan industri pertanian inovatif yang mengintegrasikan penjanaan kuasa fotovoltaik, bersiar-siar pertanian, tanaman pertanian, teknologi pertanian, landskap dan pembangunan budaya.

Reka bentuk inovatif kumpulan rumah hijau dengan interaksi tenaga antara pelbagai jenis rumah hijau

Guo Wenzhong, seorang penyelidik di Akademi Sains Pertanian dan Perhutanan Beijing, menggunakan kaedah pemanasan pemindahan tenaga antara rumah hijau untuk mengumpul tenaga haba yang tinggal dalam satu atau lebih rumah hijau untuk memanaskan rumah hijau yang lain atau lebih. Kaedah pemanasan ini merealisasikan pemindahan tenaga rumah hijau dalam masa dan ruang, meningkatkan kecekapan penggunaan tenaga tenaga haba rumah hijau yang tinggal, dan mengurangkan jumlah penggunaan tenaga pemanasan. Kedua-dua jenis rumah hijau boleh menjadi jenis rumah hijau yang berbeza atau jenis rumah hijau yang sama untuk menanam pelbagai tanaman, seperti rumah hijau salad dan tomato. Kaedah pengumpulan haba terutamanya termasuk mengekstrak haba udara dalaman dan memintas secara langsung sinaran masuk. Melalui pengumpulan tenaga suria, perolakan paksa oleh penukar haba dan pengekstrakan paksa oleh pam haba, haba lebihan dalam rumah hijau bertenaga tinggi diekstrak untuk memanaskan rumah hijau.

ringkaskan

Rumah hijau solar baharu ini mempunyai kelebihan pemasangan yang cepat, tempoh pembinaan yang dipendekkan dan kadar penggunaan tanah yang lebih baik. Oleh itu, adalah perlu untuk meneroka lebih lanjut prestasi rumah hijau baharu ini di kawasan yang berbeza, dan menyediakan kemungkinan untuk popularisasi dan penggunaan rumah hijau baharu secara besar-besaran. Pada masa yang sama, adalah perlu untuk terus memperkukuh penggunaan tenaga baharu dan bahan baharu dalam rumah hijau, supaya dapat menyediakan kuasa untuk pembaharuan struktur rumah hijau.

Prospek dan pemikiran masa depan

Rumah hijau tradisional sering mempunyai beberapa kelemahan, seperti penggunaan tenaga yang tinggi, kadar penggunaan tanah yang rendah, memakan masa dan tenaga kerja yang banyak, prestasi yang lemah, dan sebagainya, yang tidak lagi dapat memenuhi keperluan pengeluaran pertanian moden, dan pasti akan dihapuskan secara beransur-ansur. Oleh itu, adalah menjadi trend pembangunan untuk menggunakan sumber tenaga baharu seperti tenaga suria, tenaga biojisim, tenaga geoterma dan tenaga angin, bahan aplikasi rumah hijau baharu dan reka bentuk baharu untuk menggalakkan perubahan struktur rumah hijau. Pertama sekali, rumah hijau baharu yang didorong oleh tenaga baharu dan bahan baharu bukan sahaja harus memenuhi keperluan operasi mekanikal, tetapi juga menjimatkan tenaga, tanah dan kos. Kedua, adalah perlu untuk sentiasa meneroka prestasi rumah hijau baharu di kawasan yang berbeza, supaya dapat menyediakan keadaan untuk popularisasi rumah hijau secara besar-besaran. Pada masa hadapan, kita harus terus mencari tenaga baharu dan bahan baharu yang sesuai untuk aplikasi rumah hijau, dan mencari gabungan tenaga baharu, bahan baharu dan rumah hijau yang terbaik, supaya dapat membina rumah hijau baharu dengan kos rendah, tempoh pembinaan yang singkat, penggunaan tenaga yang rendah dan prestasi yang cemerlang, membantu perubahan struktur rumah hijau dan menggalakkan pembangunan pemodenan rumah hijau di China.

Walaupun penggunaan tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk baharu dalam pembinaan rumah hijau merupakan trend yang tidak dapat dielakkan, masih terdapat banyak masalah yang perlu dikaji dan diatasi: (1) Kos pembinaan meningkat. Berbanding dengan pemanasan tradisional dengan arang batu, gas asli atau minyak, penggunaan tenaga baharu dan bahan baharu adalah mesra alam dan bebas pencemaran, tetapi kos pembinaan meningkat dengan ketara, yang mempunyai kesan tertentu terhadap pemulihan pelaburan pengeluaran dan operasi. Berbanding dengan penggunaan tenaga, kos bahan baharu akan meningkat dengan ketara. (2) Penggunaan tenaga haba yang tidak stabil. Kelebihan terbesar penggunaan tenaga baharu ialah kos operasi yang rendah dan pelepasan karbon dioksida yang rendah, tetapi bekalan tenaga dan haba tidak stabil, dan hari mendung menjadi faktor pengehad terbesar dalam penggunaan tenaga solar. Dalam proses penghasilan haba biojisim melalui penapaian, penggunaan tenaga ini yang berkesan dihadkan oleh masalah tenaga haba penapaian yang rendah, pengurusan dan kawalan yang sukar, dan ruang penyimpanan yang besar untuk pengangkutan bahan mentah. (3) Kematangan teknologi. Teknologi yang digunakan oleh tenaga baharu dan bahan baharu ini merupakan penyelidikan lanjutan dan pencapaian teknologi, dan kawasan serta skop aplikasinya masih agak terhad. Mereka belum banyak kali lulus, banyak tapak dan pengesahan amalan berskala besar, dan pasti terdapat beberapa kekurangan dan kandungan teknikal yang perlu diperbaiki dalam aplikasi. Pengguna sering menafikan kemajuan teknologi kerana kekurangan kecil. (4) Kadar penembusan teknologi adalah rendah. Aplikasi meluas pencapaian saintifik dan teknologi memerlukan populariti tertentu. Pada masa ini, tenaga baharu, teknologi baharu dan teknologi reka bentuk rumah hijau baharu semuanya berada dalam pasukan pusat penyelidikan saintifik di universiti dengan keupayaan inovasi tertentu, dan kebanyakan penuntut teknikal atau pereka masih tidak tahu; Pada masa yang sama, popularisasi dan aplikasi teknologi baharu masih agak terhad kerana peralatan teras teknologi baharu dipatenkan. (5) Integrasi tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk struktur rumah hijau perlu diperkukuhkan lagi. Oleh kerana tenaga, bahan dan reka bentuk struktur rumah hijau tergolong dalam tiga disiplin yang berbeza, bakat dengan pengalaman reka bentuk rumah hijau sering kekurangan penyelidikan mengenai tenaga dan bahan berkaitan rumah hijau, dan sebaliknya; Oleh itu, penyelidik yang berkaitan dengan penyelidikan tenaga dan bahan perlu memperkukuhkan penyiasatan dan pemahaman tentang keperluan sebenar pembangunan industri rumah hijau, dan pereka struktur juga harus mengkaji bahan baharu dan tenaga baharu untuk menggalakkan integrasi mendalam antara ketiga-tiga hubungan tersebut, bagi mencapai matlamat teknologi penyelidikan rumah hijau yang praktikal, kos pembinaan yang rendah dan kesan penggunaan yang baik. Berdasarkan masalah di atas, dicadangkan agar negeri, kerajaan tempatan dan pusat penyelidikan saintifik mempergiatkan penyelidikan teknikal, menjalankan penyelidikan bersama secara mendalam, memperkukuhkan publisiti pencapaian saintifik dan teknologi, meningkatkan populariti pencapaian, dan cepat merealisasikan matlamat tenaga baharu dan bahan baharu untuk membantu pembangunan baharu industri rumah hijau.

Maklumat yang dipetik

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin. Tenaga baharu, bahan baharu dan reka bentuk baharu membantu revolusi baharu rumah hijau [J]. Sayuran, 2022,(10):1-8.