Li Jianming, Sun Guotao, enz.Glastuinbouw landbouwtechniek2022-11-21 17:42 Gepubliceerd in Peking

De afgelopen jaren is de glastuinbouw sterk ontwikkeld.De ontwikkeling van een kas verbetert niet alleen de landbenuttingsgraad en de outputsnelheid van landbouwproducten, maar lost ook het leveringsprobleem van groenten en fruit in het laagseizoen op.De kas staat echter ook voor ongekende uitdagingen.De oorspronkelijke faciliteiten, verwarmingsmethoden en structurele vormen hebben geleid tot weerstand tegen het milieu en de ontwikkeling.Nieuwe materialen en nieuwe ontwerpen zijn dringend nodig om de kasstructuur te veranderen, en nieuwe energiebronnen zijn dringend nodig om de doelen van energiebesparing en milieubescherming te bereiken en de productie en het inkomen te verhogen.

Dit artikel bespreekt het thema "nieuwe energie, nieuwe materialen, nieuw ontwerp om de nieuwe revolutie van de kas te helpen", inclusief het onderzoek en de innovatie van zonne-energie, biomassa-energie, geothermische energie en andere nieuwe energiebronnen in de kas, het onderzoek en de toepassing van nieuwe materialen voor afdekking, thermische isolatie, muren en andere apparatuur, en het toekomstperspectief en denken aan nieuwe energie, nieuwe materialen en nieuw ontwerp om de kassenhervorming te helpen, om zo een referentie voor de industrie te bieden.

Het ontwikkelen van facilitaire landbouw is de politieke eis en onvermijdelijke keuze om uitvoering te geven aan de geest van de belangrijke instructies en de besluitvorming van de rijksoverheid.In 2020 zal het totale gebied van beschermde landbouw in China 2,8 miljoen hm2 bedragen en zal de outputwaarde meer dan 1 biljoen yuan bedragen.Het is een belangrijke manier om de productiecapaciteit van kassen te verbeteren door de kasverlichting en thermische isolatieprestaties te verbeteren door middel van nieuwe energie, nieuwe materialen en een nieuw kasontwerp.Er zijn veel nadelen aan de traditionele kasproductie, zoals steenkool, stookolie en andere energiebronnen die worden gebruikt voor verwarming en verwarming in traditionele kassen, wat resulteert in een grote hoeveelheid dioxidegas, dat het milieu ernstig vervuilt, terwijl aardgas, elektrische energie en andere energiebronnen verhogen de bedrijfskosten van kassen.Traditionele warmteopslagmaterialen voor kaswanden zijn meestal klei en bakstenen, die veel verbruiken en ernstige schade toebrengen aan landbronnen.De efficiëntie van het landgebruik van een traditionele zonnekas met aarden muur is slechts 40% ~ 50%, en de gewone kas heeft een slechte warmteopslagcapaciteit, dus hij kan de winter niet overleven om warme groenten te produceren in Noord-China.Daarom ligt de kern van het bevorderen van broeikasverandering, of fundamenteel onderzoek, in het ontwerp van kassen, onderzoek en ontwikkeling van nieuwe materialen en nieuwe energie.Dit artikel zal zich richten op het onderzoek en de innovatie van nieuwe energiebronnen in de kas, de onderzoeksstatus samenvatten van nieuwe energiebronnen zoals zonne-energie, biomassa-energie, geothermische energie, windenergie en nieuwe transparante afdekmaterialen, thermische isolatiematerialen en wandmaterialen in broeikas, analyseer de toepassing van nieuwe energie en nieuwe materialen bij de bouw van een nieuwe kas en kijk uit naar hun rol in de toekomstige ontwikkeling en transformatie van de kas.

Onderzoek en innovatie van nieuwe energiekas

De groene nieuwe energie met het grootste agrarisch benuttingspotentieel omvat zonne-energie, aardwarmte en biomassa-energie, of het integraal benutten van allerlei nieuwe energiebronnen, om te komen tot efficiënt gebruik van energie door te leren van elkaars sterke punten.

zonne-energie/kracht

Zonne-energietechnologie is een koolstofarme, efficiënte en duurzame manier van energievoorziening en is een belangrijk onderdeel van China's strategische opkomende industrieën.Het zal een onvermijdelijke keuze worden voor de transformatie en verbetering van de energiestructuur van China in de toekomst.Vanuit het oogpunt van energiegebruik is de kas zelf een facilitaire structuur voor het gebruik van zonne-energie.Door het broeikaseffect wordt de zonne-energie binnen verzameld, wordt de temperatuur van de kas verhoogd en wordt de benodigde warmte voor de groei van gewassen geleverd.De belangrijkste energiebron van fotosynthese van kasplanten is direct zonlicht, het directe gebruik van zonne-energie.

01 Fotovoltaïsche energieopwekking om warmte op te wekken

Fotovoltaïsche energieopwekking is een technologie die lichtenergie direct omzet in elektrische energie op basis van het fotovoltaïsche effect.Het belangrijkste element van deze technologie is de zonnecel.Wanneer zonne-energie in serie of parallel op de array van zonnepanelen schijnt, zetten halfgeleidercomponenten direct zonnestralingsenergie om in elektrische energie.Fotovoltaïsche technologie kan lichtenergie direct omzetten in elektrische energie, elektriciteit opslaan via batterijen en de kas 's nachts verwarmen, maar de hoge kosten beperken de verdere ontwikkeling ervan.De onderzoeksgroep ontwikkelde een fotovoltaïsch grafeenverwarmingsapparaat, dat bestaat uit flexibele fotovoltaïsche panelen, een alles-in-één omgekeerde besturingsmachine, een accu en een grafeenverwarmingsstaaf.Afhankelijk van de lengte van de plantlijn wordt de grafeen verwarmingsstaaf begraven onder de substraatzak.Overdag absorberen de fotovoltaïsche panelen zonnestraling om elektriciteit op te wekken en op te slaan in de accu, en vervolgens wordt de elektriciteit 's nachts vrijgegeven voor de grafeen verwarmingsstaaf.Bij de daadwerkelijke meting wordt de temperatuurregelingsmodus van starten bij 17 ℃ en sluiten bij 19 ℃ aangenomen.'s Nachts draaien (20:00-08:00 op de tweede dag) gedurende 8 uur, het energieverbruik van het verwarmen van een enkele rij planten is 1,24 kW·h, en de gemiddelde temperatuur van de substraatzak 's nachts is 19,2℃, die 3,5 ~ 5,3 ℃ hoger is dan die van de besturing.Deze verwarmingsmethode in combinatie met fotovoltaïsche energieopwekking lost de problemen op van een hoog energieverbruik en een hoge vervuiling bij de verwarming van kassen in de winter.

02 fotothermische conversie en gebruik

Fotothermische conversie op zonne-energie verwijst naar het gebruik van een speciaal zonlichtopvangoppervlak gemaakt van fotothermische conversiematerialen om zoveel mogelijk zonne-energie die erop wordt uitgestraald op te vangen en te absorberen en om te zetten in warmte-energie.Vergeleken met fotovoltaïsche toepassingen op zonne-energie, verhogen fotothermische toepassingen op zonne-energie de absorptie van de nabij-infraroodband, dus het heeft een hogere energie-efficiëntie van zonlicht, lagere kosten en volwassen technologie, en is de meest gebruikte manier van gebruik van zonne-energie.

De meest volwassen technologie van fotothermische conversie en gebruik in China is de zonnecollector, waarvan de kerncomponent de warmteabsorberende plaatkern is met selectieve absorptiecoating, die de zonnestralingsenergie die door de afdekplaat gaat, kan omzetten in warmte-energie en kan overbrengen het naar het warmteabsorberende werkmedium.Zonnecollectoren kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën naargelang er een vacuümruimte in de collector is of niet: platte zonnecollectoren en vacuümbuiszonnecollectoren;concentrerende zonnecollectoren en niet-concentrerende zonnecollectoren naargelang de zonnestraling bij de daglichttoetreding van richting verandert;en vloeibare zonnecollectoren en luchtzonnecollectoren volgens het type werkmedium voor warmteoverdracht.

Het gebruik van zonne-energie in de kas wordt voornamelijk uitgevoerd door middel van verschillende soorten zonnecollectoren.De Ibn Zor Universiteit in Marokko heeft een actief zonne-energie verwarmingssysteem (ASHS) ontwikkeld voor de opwarming van de kas, dat de totale tomatenproductie in de winter met 55% kan verhogen.China Agricultural University heeft een set van koelventilator-verzamel- en afvoersystemen ontworpen en ontwikkeld, met een warmteopvangcapaciteit van 390,6~693,0 MJ, en heeft het idee naar voren gebracht om het warmteverzamelproces te scheiden van het warmteopslagproces door middel van een warmtepomp.De Universiteit van Bari in Italië heeft een polygeneratie verwarmingssysteem voor kassen ontwikkeld, dat bestaat uit een zonne-energiesysteem en een lucht-water-warmtepomp, en dat de luchttemperatuur met 3,6% en de bodemtemperatuur met 92% kan verhogen.De onderzoeksgroep heeft een soort actieve zonnewarmteopvangapparatuur ontwikkeld met een variabele hellingshoek voor een zonnekas en een ondersteunend warmteopslagapparaat voor het kaswaterlichaam over het weer.Actieve zonnewarmteopvangtechnologie met variabele helling doorbreekt de beperkingen van traditionele warmteopvangapparatuur voor kassen, zoals beperkte warmteopvangcapaciteit, schaduw en bezetting van gecultiveerd land.Door de speciale broeikasstructuur van een zonnekas te gebruiken, wordt de niet-plantruimte van de kas volledig benut, wat de benuttingsefficiëntie van de kasruimte aanzienlijk verbetert.Onder typische zonnige werkomstandigheden bereikt het actieve zonnewarmteverzamelsysteem met variabele helling 1,9 MJ/(m2h), de efficiëntie van het energieverbruik bereikt 85,1% en het energiebesparingspercentage is 77%.In de kaswarmteopslagtechnologie wordt de meerfasige warmteopslagstructuur ingesteld, wordt de warmteopslagcapaciteit van het warmteopslagapparaat vergroot en wordt de langzame afgifte van warmte uit het apparaat gerealiseerd, om het efficiënte gebruik van de warmte die wordt verzameld door de apparatuur voor het verzamelen van zonnewarmte in de kas.

biomassa-energie

Door het biomassa-warmteopwekkingsapparaat te combineren met de kas wordt een nieuwe facilitaire structuur gebouwd en worden de biomassa-grondstoffen zoals varkensmest, champignonresten en stro gecomposteerd om warmte te brouwen, en de opgewekte warmte-energie wordt rechtstreeks aan de kas geleverd [ 5].Vergeleken met de kas zonder verwarmingstank voor biomassafermentatie, kan de verwarmingskas de grondtemperatuur in de kas effectief verhogen en de juiste temperatuur van de wortels van gewassen in de grond in het normale klimaat in de winter handhaven.Als voorbeeld een enkellaagse asymmetrische warmte-isolerende kas met een overspanning van 17m en een lengte van 30m, 8m agrarisch afval (tomatenstro en varkensmest gemengd) toevoegen aan de binnenvergistingstank voor natuurlijke vergisting zonder de stapelbak om te draaien verhoog de gemiddelde dagelijkse temperatuur van de kas met 4,2 ℃ in de winter, en de gemiddelde dagelijkse minimumtemperatuur kan oplopen tot 4,6 ℃.

Energiegebruik van biomassa gecontroleerde fermentatie is een fermentatiemethode waarbij instrumenten en apparatuur worden gebruikt om het fermentatieproces te regelen om snel warmte uit biomassa te verkrijgen en efficiënt te gebruiken, energie en CO2-gasmeststof, waarbij ventilatie en vocht de belangrijkste factoren zijn om de fermentatiewarmte te reguleren en gasproductie van biomassa.Onder geventileerde omstandigheden gebruiken aerobe micro-organismen in de fermentatiehoop zuurstof voor levensactiviteiten, en een deel van de gegenereerde energie wordt gebruikt voor hun eigen levensactiviteiten, en een deel van de energie komt vrij in de omgeving als warmte-energie, wat gunstig is voor de temperatuur opkomst van het milieu.Water neemt deel aan het hele fermentatieproces, levert de noodzakelijke oplosbare voedingsstoffen voor microbiële activiteiten en geeft tegelijkertijd de warmte van de hoop vrij in de vorm van stoom door water, om de temperatuur van de hoop te verlagen, de levensduur te verlengen van micro-organismen en verhoog de bulktemperatuur van de hoop.Het installeren van een stro-uitloogapparaat in een fermentatietank kan de binnentemperatuur in de winter met 3 ~ 5 ℃ verhogen, de fotosynthese van planten versterken en de tomatenopbrengst met 29,6% verhogen.

Geothermische energie

China is rijk aan geothermische bronnen.Op dit moment is de meest gebruikelijke manier voor landbouwfaciliteiten om geothermische energie te gebruiken, het gebruik van een grondwarmtepomp, die kan worden omgezet van laagwaardige warmte-energie naar hoogwaardige warmte-energie door een kleine hoeveelheid hoogwaardige energie in te voeren (zoals zoals elektrische energie).Anders dan de traditionele maatregelen voor het verwarmen van broeikassen, kan verwarming met warmtepompen op de grond niet alleen een aanzienlijk verwarmingseffect bereiken, maar ook de mogelijkheid hebben om de kas te koelen en de luchtvochtigheid in de kas te verminderen.Het toepassingsonderzoek van grondwarmtepompen op het gebied van woningbouw is volwassen.Het kernonderdeel dat de verwarmings- en koelcapaciteit van een grondwarmtepomp beïnvloedt, is de ondergrondse warmtewisselingsmodule, die voornamelijk ondergrondse leidingen, ondergrondse putten, enz. was de onderzoeksfocus van dit deel.Tegelijkertijd heeft de verandering van de temperatuur van de ondergrondse bodemlaag bij de toepassing van een grondwarmtepomp ook invloed op het gebruikseffect van het warmtepompsysteem.Door de grondwarmtepomp te gebruiken om de kas in de zomer te koelen en de warmte-energie op te slaan in de diepe grondlaag, kan de temperatuurdaling van de ondergrondse grondlaag worden verlicht en kan de warmteproductie-efficiëntie van de grondwarmtepomp in de winter worden verbeterd.

Op dit moment wordt bij het onderzoek naar de prestaties en efficiëntie van warmtepompen op de grond, door middel van de daadwerkelijke experimentele gegevens, een numeriek model opgesteld met software zoals TOUGH2 en TRNSYS, en wordt geconcludeerd dat de verwarmingsprestaties en prestatiecoëfficiënt (COP ) van de warmtepomp op de grond kan 3,0 ~ 4,5 bereiken, wat een goed koel- en verwarmingseffect heeft.Bij het onderzoek naar de werkingsstrategie van het warmtepompsysteem ontdekten Fu Yunzhun en anderen dat in vergelijking met de stroming aan de belastingzijde, de stroming aan de grondbron een grotere invloed heeft op de prestaties van de unit en de warmteoverdrachtsprestaties van de ondergrondse leiding. .Onder de voorwaarde van stroominstelling kan de maximale COP-waarde van de unit 4,17 bereiken door het bedieningsschema aan te nemen van 2 uur werken en 2 uur stoppen;Shi Huixian et.heeft een intermitterende bedrijfsmodus van het koelsysteem voor wateropslag aangenomen.In de zomer, als de temperatuur hoog is, kan de COP van het hele energievoorzieningssysteem oplopen tot 3,80.

Diepe bodemwarmteopslagtechnologie in kas

Diepe bodemwarmteopslag in kas wordt ook wel “warmteopslagbank” in kas genoemd.Koudeschade in de winter en hoge temperaturen in de zomer zijn de belangrijkste obstakels voor de glastuinbouw.Op basis van de sterke warmteopslagcapaciteit van diepe grond, ontwierp de onderzoeksgroep een ondergrondse diepe warmteopslag in een kas.Het apparaat is een dubbellaagse parallelle pijpleiding voor warmteoverdracht, begraven op een diepte van 1,5~2,5 m onder de grond in de kas, met een luchtinlaat aan de bovenkant van de kas en een luchtuitlaat op de grond.Wanneer de temperatuur in de kas hoog is, wordt de binnenlucht door een ventilator met kracht de grond in gepompt om warmteopslag en temperatuurverlaging te realiseren.Bij een lage temperatuur in de kas wordt warmte aan de bodem onttrokken om de kas te verwarmen.De productie- en toepassingsresultaten laten zien dat het apparaat de kastemperatuur met 2,3 ℃ kan verhogen in de winternacht, de binnentemperatuur met 2,6 ℃ kan verlagen in de zomerdag en de tomatenopbrengst kan verhogen met 1500 kg in 667 m².Het apparaat maakt volledig gebruik van de kenmerken van "warm in de winter en koel in de zomer" en "constante temperatuur" van diepe ondergrondse grond, biedt een "energietoegangsbank" voor de kas en voltooit continu de hulpfuncties van kaskoeling en -verwarming .

Multi-energie coördinatie

Het gebruik van twee of meer energiesoorten om de kas te verwarmen, kan de nadelen van een enkele energiesoort effectief compenseren en het superpositie-effect van "één plus één is meer dan twee" spelen.De complementaire samenwerking tussen aardwarmte en zonne-energie is de afgelopen jaren een onderzoekshotspot van nieuw energiegebruik in de landbouwproductie.Emmi et.bestudeerde een multi-source energiesysteem (Figuur 1), dat is uitgerust met een fotovoltaïsche-thermische hybride zonnecollector.Vergeleken met het gewone lucht-water-warmtepompsysteem, is de energie-efficiëntie van het multi-source energiesysteem verbeterd met 16%~25%.Zheng et.ontwikkelde een nieuw type gekoppeld warmteopslagsysteem van zonne-energie en grondwarmtepomp.Het zonnecollectorsysteem kan hoogwaardige seizoensopslag van warmte realiseren, dat wil zeggen hoogwaardige verwarming in de winter en hoogwaardige koeling in de zomer.De warmtewisselaar met ingegraven buizen en de intermitterende warmteopslagtank kunnen allemaal goed in het systeem werken en de COP-waarde van het systeem kan oplopen tot 6,96.

Gecombineerd met zonne-energie heeft het tot doel het verbruik van commerciële stroom te verminderen en de stabiliteit van de zonne-energievoorziening in de kas te verbeteren.Wan Ya et.een nieuw intelligent besturingstechnologieschema voorstellen voor het combineren van zonne-energieopwekking met commerciële stroom voor kasverwarming, die gebruik kan maken van fotovoltaïsche energie als er licht is, en deze kan omzetten in commerciële stroom als er geen licht is, waardoor het tekort aan laadvermogen aanzienlijk wordt verminderd tarief, en het drukken van de economische kosten zonder batterijen te gebruiken.

Zonne-energie, biomassa-energie en elektrische energie kunnen samen kassen verwarmen, waarmee ook een hoog verwarmingsrendement kan worden bereikt.Zhang Liangrui en anderen combineerden de warmteverzameling van zonne-vacuümbuizen met een watertank voor warmteopslag in de vallei.Het kasverwarmingssysteem heeft een goed thermisch comfort en het gemiddelde verwarmingsrendement van het systeem is 68,70%.De elektrische warmteopslagwatertank is een biomassa verwarmingswateropslagapparaat met elektrische verwarming.De laagste temperatuur van de waterinlaat aan het verwarmingsuiteinde is ingesteld en de werkingsstrategie van het systeem wordt bepaald op basis van de wateropslagtemperatuur van het zonnewarmteverzamelgedeelte en het biomassa-warmteopslaggedeelte, om een ​​stabiele verwarmingstemperatuur te bereiken bij de verwarmingseinde en bespaar elektrische energie en biomassa-energiematerialen maximaal.

Innovatief onderzoek en toepassing van nieuwe kasmaterialen

Met de uitbreiding van het kasareaal komen de toepassingsnadelen van traditionele kasmaterialen zoals bakstenen en aarde steeds meer aan het licht.Om de thermische prestaties van de kas verder te verbeteren en te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van de moderne kas, zijn er daarom veel onderzoeken en toepassingen van nieuwe transparante afdekmaterialen, thermische isolatiematerialen en wandmaterialen.

Onderzoek en toepassing van nieuwe transparante afdekmaterialen

De soorten transparante afdekmaterialen voor kassen omvatten voornamelijk plastic folie, glas, zonnepanelen en fotovoltaïsche panelen, waaronder plastic folie het grootste toepassingsgebied heeft.De traditionele PE-kasfolie heeft de gebreken van een korte levensduur, niet-degradatie en een enkele functie.Momenteel zijn er verschillende nieuwe functionele films ontwikkeld door functionele reagentia of coatings toe te voegen.

Lichte conversiefilm:De lichtconversiefilm verandert de optische eigenschappen van de film door gebruik te maken van lichtconversiemiddelen zoals zeldzame aardmetalen en nanomaterialen, en kan het ultraviolette lichtgebied omzetten in roodoranje licht en blauwviolet licht dat nodig is voor de fotosynthese van planten, waardoor de gewasopbrengst toeneemt en de de schade van ultraviolet licht aan gewassen en kasfilms in plastic kassen.De breedband paars-naar-rode broeikasfilm met VTR-660 lichtconversiemiddel kan bijvoorbeeld de infraroodtransmissie aanzienlijk verbeteren bij toepassing in de kas, en vergeleken met de controlekas, de tomatenopbrengst per hectare, vitamine C en lycopeengehalte zijn aanzienlijk verhoogd met respectievelijk 25,71%, 11,11% en 33,04%.Op dit moment moeten de levensduur, afbreekbaarheid en kosten van de nieuwe lichtconversiefilm echter nog worden bestudeerd.

Verspreid glas: Verstrooid glas in de kas is een speciaal patroon en antireflectietechnologie op het glasoppervlak, die het zonlicht in verstrooid licht kan maximaliseren en de kas kan binnendringen, de fotosynthese-efficiëntie van gewassen kan verbeteren en de gewasopbrengst kan verhogen.Verstrooiend glas verandert het licht dat de kas binnenkomt in verstrooid licht door speciale patronen, en het verstrooide licht kan gelijkmatiger in de kas worden gestraald, waardoor de schaduwinvloed van het skelet op de kas wordt geëlimineerd.Vergeleken met gewoon floatglas en ultrawit floatglas is de lichtdoorlatendheid van verstrooiend glas 91,5% en die van gewoon floatglas 88%.Voor elke 1% toename van de lichtdoorlatendheid in de kas, kan de opbrengst met ongeveer 3% worden verhoogd en zijn de oplosbare suikers en vitamine C in groenten en fruit toegenomen.Verstrooiend glas in de kas wordt eerst gecoat en vervolgens getemperd, en de zelfontploffingssnelheid is hoger dan de nationale norm en bereikt 2 ‰.

Onderzoek en toepassing van nieuwe thermische isolatiematerialen

De traditionele thermische isolatiematerialen in de kas omvatten voornamelijk stromat, papieren quilt, thermische isolatiequilt van naaldvilt, enz., Die voornamelijk worden gebruikt voor interne en externe thermische isolatie van daken, muurisolatie en thermische isolatie van sommige apparaten voor warmteopslag en warmteverzameling .De meeste van hen hebben het nadeel dat ze na langdurig gebruik de thermische isolatieprestaties verliezen als gevolg van intern vocht.Daarom zijn er veel toepassingen van nieuwe materialen met een hoge thermische isolatie, waaronder de nieuwe warmte-isolerende quilt, warmteopslag en warmteverzamelingsapparaten die de onderzoeksfocus zijn.

Nieuwe thermische isolatiematerialen worden meestal gemaakt door waterdichte en verouderingsbestendige materialen aan het oppervlak, zoals geweven film en gecoat vilt, te verwerken en samen te voegen met pluizige thermische isolatiematerialen zoals katoen met een sproeicoating, diversen kasjmier en parelkatoen.In Noordoost-China is een thermisch isolerend dekbed van geweven katoen met spraycoating getest.Er werd vastgesteld dat het toevoegen van 500 g katoen met spraycoating gelijk was aan de thermische isolatieprestaties van 4500 g zwart vilt thermisch isolerend dekbed op de markt.Onder dezelfde omstandigheden werden de thermische isolatieprestaties van 700 g gespoten katoen verbeterd met 1~2 ℃ in vergelijking met die van 500 g gespoten katoenen thermische isolatiedekbed.Tegelijkertijd ontdekten andere onderzoeken ook dat in vergelijking met de veelgebruikte thermische isolatiedekbedden op de markt, het thermische isolatie-effect van gespoten katoen en diverse kasjmier thermische isolatiedekbedden beter is, met thermische isolatiepercentages van 84,0% en 83,3%. %respectievelijk.Wanneer de koudste buitentemperatuur -24,4℃ is, kan de binnentemperatuur respectievelijk 5,4 en 4,2℃ bereiken.Vergeleken met het isolatiedekbed met enkele strodeken, heeft het nieuwe composiet isolatiedekbed de voordelen van een laag gewicht, hoge isolatiegraad, sterke waterdichtheid en verouderingsbestendigheid, en kan het worden gebruikt als een nieuw type hoogrenderend isolatiemateriaal voor zonnekassen.

Tegelijkertijd blijkt uit onderzoek naar thermische isolatiematerialen voor apparaten voor het verzamelen en opslaan van warmte in kassen dat wanneer de dikte dezelfde is, meerlaagse composiet thermische isolatiematerialen betere thermische isolatieprestaties hebben dan enkelvoudige materialen.Het team van professor Li Jianming van de Northwest A&F University ontwierp en screende 22 soorten thermische isolatiematerialen van wateropslagapparaten voor kassen, zoals vacuümboard, aerogel en rubberkatoen, en mat hun thermische eigenschappen.De resultaten toonden aan dat 80 mm thermische isolatiecoating + aerogel + rubber-plastic thermische isolatie katoen composiet isolatiemateriaal de warmtedissipatie met 0,367 MJ per tijdseenheid kon verminderen in vergelijking met 80 mm rubber-plastic katoen, en de warmteoverdrachtscoëfficiënt was 0,283 W / (m2 ·k) wanneer de dikte van de isolatiecombinatie 100 mm was.

Faseovergangsmateriaal is een van de hot spots in het onderzoek naar kasmaterialen.Northwest A&F University heeft twee soorten opslagapparaten voor faseovergangsmateriaal ontwikkeld: de ene is een opbergdoos gemaakt van zwart polyethyleen, die een afmeting heeft van 50 cm x 30 cm x 14 cm (lengte x hoogte x dikte) en is gevuld met faseovergangsmaterialen, dus dat het warmte kan opslaan en warmte kan afgeven;Ten tweede wordt een nieuw type faseovergangswallboard ontwikkeld.De faseovergangswandplaat bestaat uit faseovergangsmateriaal, aluminiumplaat, aluminium-kunststofplaat en aluminiumlegering.Het faseovergangsmateriaal bevindt zich op de meest centrale positie van de wandplaat en de specificatie is 200 mm x 200 mm x 50 mm.Het is een poederachtige vaste stof voor en na faseverandering en er is geen fenomeen van smelten of vloeien.De vier wanden van het faseovergangsmateriaal zijn respectievelijk aluminiumplaat en aluminium-kunststofplaat.Dit apparaat kan de functies realiseren van het voornamelijk opslaan van warmte gedurende de dag en het voornamelijk afgeven van warmte 's nachts.

Daarom zijn er enkele problemen bij de toepassing van enkel thermisch isolatiemateriaal, zoals lage thermische isolatie-efficiëntie, groot warmteverlies, korte warmteopslagtijd, enz. Daarom is het gebruik van composiet thermisch isolatiemateriaal als thermische isolatielaag en thermische isolatie voor binnen en buiten de deklaag van het warmteopslagapparaat kan de thermische isolatieprestaties van de kas effectief verbeteren, het warmteverlies van de kas verminderen en zo het effect van energiebesparing bereiken.

Onderzoek en toepassing van nieuwe muur

Als een soort behuizingsstructuur is de muur een belangrijke barrière voor de koudebescherming en het warmtebehoud van de kas.Volgens de materialen en structuren van de muur kan de ontwikkeling van de noordelijke muur van de kas worden onderverdeeld in drie typen: de enkellaagse muur gemaakt van aarde, bakstenen, enz., En de gelaagde noordelijke muur gemaakt van bakstenen, blokstenen, polystyreenplaten, enz., met warmteopslag aan de binnenkant en warmte-isolatie aan de buitenkant, en de meeste van deze muren zijn tijdrovend en arbeidsintensief;Daarom zijn er de afgelopen jaren veel nieuwe soorten wanden verschenen, die eenvoudig te bouwen zijn en geschikt zijn voor snelle montage.

De opkomst van nieuwe geassembleerde wanden bevordert de snelle ontwikkeling van geassembleerde kassen, inclusief nieuwe composietwanden met externe waterdichte en anti-verouderende oppervlaktematerialen en materialen zoals vilt, parelkatoen, ruimtekatoen, glaskatoen of gerecycled katoen als warmte isolatielagen, zoals flexibele geassembleerde wanden van spray-bonded katoen in Xinjiang.Daarnaast hebben andere studies ook melding gemaakt van de noordelijke muur van een geassembleerde kas met een warmteopslaglaag, zoals een met baksteen gevuld mortelblok met tarweschelpen in Xinjiang.Onder dezelfde externe omgeving, wanneer de laagste buitentemperatuur -20,8 ℃ is, is de temperatuur in de zonnekas met een samengestelde muur van tarwemortelblokken 7,5 ℃, terwijl de temperatuur in de zonnekas met bakstenen betonnen muur 3,2 ℃ is.De oogsttijd van tomaat in een bakstenen kas kan met 16 dagen worden verlengd en de opbrengst van een enkele kas kan met 18,4% worden verhoogd.

Het facilitaire team van Northwest A&F University kwam met het ontwerpidee om stro, aarde, water, steen en faseovergangsmaterialen te maken tot thermische isolatie- en warmteopslagmodules vanuit de lichthoek en vereenvoudigd wandontwerp, wat het toepassingsonderzoek van modulair geassembleerde muur.In vergelijking met een gewone bakstenen muurkas is de gemiddelde temperatuur in de kas bijvoorbeeld 4,0℃ hoger op een typische zonnige dag.Drie soorten anorganische faseveranderingscementmodules, die zijn gemaakt van faseveranderingsmateriaal (PCM) en cement, hebben een geaccumuleerde warmte van 74,5, 88,0 en 95,1 MJ/m³, en vrijgekomen warmte van 59,8, 67,8 en 84,2 MJ/m³, respectievelijk.Ze hebben de functies van "piekonderdrukking" overdag, "dalvulling" in de nacht, warmte absorberen in de zomer en warmte afgeven in de winter.

Deze nieuwe wanden worden ter plaatse gemonteerd, met een korte bouwperiode en een lange levensduur, die voorwaarden scheppen voor de constructie van lichte, vereenvoudigde en snel te monteren geprefabriceerde kassen, en de structurele hervorming van kassen aanzienlijk kunnen bevorderen.Er zijn echter enkele gebreken in dit soort wand, zoals de door spray gebonden katoenen thermische isolatiedekbedwand heeft uitstekende thermische isolatieprestaties, maar mist warmteopslagcapaciteit, en het bouwmateriaal met faseverandering heeft het probleem van hoge gebruikskosten.In de toekomst moet het toepassingsonderzoek van geassembleerde muren worden versterkt.

Nieuwe energie, nieuwe materialen en nieuwe ontwerpen helpen de kasstructuur te veranderen.

Het onderzoek en de innovatie van nieuwe energie en nieuwe materialen vormen de basis voor de ontwerpinnovatie van de kas.Energiebesparende zonnekas en boogschuur zijn de grootste schuurconstructies in de Chinese landbouwproductie en spelen een belangrijke rol in de landbouwproductie.Met de ontwikkeling van de Chinese sociale economie worden de tekortkomingen van de twee soorten facilitaire structuren echter steeds meer zichtbaar.Ten eerste is de ruimte van facilitaire structuren klein en is de mate van mechanisatie laag;Ten tweede heeft de energiebesparende zonnekas een goede thermische isolatie, maar het landgebruik is laag, wat gelijk staat aan het vervangen van de kasenergie door land.Gewone boogschuur heeft niet alleen weinig ruimte, maar heeft ook een slechte thermische isolatie.Hoewel de meerkaps kas een grote ruimte heeft, heeft deze een slechte thermische isolatie en een hoog energieverbruik.Daarom is het absoluut noodzakelijk om de kasstructuur te onderzoeken en te ontwikkelen die geschikt is voor het huidige sociale en economische niveau van China, en het onderzoek naar en de ontwikkeling van nieuwe energie en nieuwe materialen zal de kasstructuur helpen veranderen en een verscheidenheid aan innovatieve kasmodellen of -structuren produceren.

Innovatief onderzoek naar grootschalige asymmetrische watergestuurde brouwkas

De asymmetrische watergestuurde brouwkas met grote overspanning (octrooinummer: ZL 201220391214.2) is gebaseerd op het principe van een zonlichtkas, verandert de symmetrische structuur van een gewone plastic kas, vergroot de zuidelijke overspanning, vergroot het verlichtingsgebied van het zuidelijke dak, verkleint de noordelijke overspanning en vermindering van het warmtedissipatiegebied, met een overspanning van 18~24m en een nokhoogte van 6~7m.Door ontwerpinnovatie is de ruimtelijke structuur aanzienlijk vergroot.Tegelijkertijd worden de problemen van onvoldoende warmte in de kas in de winter en slechte thermische isolatie van gewone thermische isolatiematerialen opgelost door nieuwe technologie van biomassa-brouwwarmte en thermische isolatiematerialen te gebruiken.De productie- en onderzoeksresultaten tonen aan dat de asymmetrische watergecontroleerde brouwkas met grote overspanning, met een gemiddelde temperatuur van 11,7 ℃ op zonnige dagen en 10,8 ℃ op bewolkte dagen, kan voldoen aan de vraag naar gewasgroei in de winter, en de bouwkosten van de kas is met 39,6% verminderd en het landgebruik is met meer dan 30% verhoogd in vergelijking met die van de polystyreen bakstenen muurkas, die geschikt is voor verdere popularisering en toepassing in het Yellow Huaihe River Basin in China.

Geassembleerde zonnekas

Geassembleerde zonlichtkas neemt kolommen en dakskelet als dragende structuur, en het wandmateriaal is voornamelijk een warmte-isolerende omhulling, in plaats van dragende en passieve warmteopslag en -afgifte.Hoofdzakelijk: (1) een nieuw type geassembleerde wand wordt gevormd door verschillende materialen te combineren, zoals gecoate film of gekleurde staalplaat, stroblok, flexibel warmte-isolatiedekbed, mortelblok, enz. (2) samengestelde wandplaat gemaakt van geprefabriceerde cementplaat -polystyreenplaat-cementplaat;(3) Licht en eenvoudig montagetype van thermische isolatiematerialen met actief warmteopslag- en -afgiftesysteem en ontvochtigingssysteem, zoals warmteopslag van plastic vierkante emmers en warmteopslag via pijpleidingen.Het gebruik van verschillende nieuwe warmte-isolatiematerialen en warmteopslagmaterialen in plaats van de traditionele aarden muur om een ​​zonnekas te bouwen, heeft veel ruimte en kleine civiele techniek.De experimentele resultaten tonen aan dat de temperatuur van de kas 's nachts in de winter 4,5 ℃ hoger is dan die van de traditionele kas met bakstenen muren, en de dikte van de achterwand is 166 mm.Vergeleken met de 600 mm dikke bakstenen muurkas, wordt het bezette gebied van de muur verminderd met 72%, en de kosten per vierkante meter zijn 334,5 yuan, wat 157,2 yuan lager is dan die van de bakstenen muurkas, en de bouwkosten is aanzienlijk gedaald.Daarom heeft de geassembleerde kas de voordelen van minder gecultiveerde landvernietiging, landbesparing, hoge bouwsnelheid en lange levensduur, en het is een belangrijke richting voor de innovatie en ontwikkeling van zonnekassen, nu en in de toekomst.

Glijdende zonnekas

De op een skateboard gemonteerde, energiebesparende zonnekas, ontwikkeld door de Shenyang Agricultural University, gebruikt de achterwand van de zonnekas om een ​​watercirculerend wandwarmteopslagsysteem te vormen om warmte op te slaan en de temperatuur te verhogen, die voornamelijk bestaat uit een zwembad (32m³), een lichte opvangplaat (360m²), een waterpomp, een waterleiding en een controller.Het flexibele warmte-isolerende dekbed is aan de bovenzijde vervangen door een nieuw lichtgewicht steenwolkleurig staalplaatmateriaal.Het onderzoek toont aan dat dit ontwerp het probleem van lichtblokkerende gevels effectief oplost en het lichtinvalsgebied van de kas vergroot.De belichtingshoek van de kas is 41,5°, dat is bijna 16° hoger dan die van de controlekas, waardoor het belichtingspercentage wordt verbeterd.De binnentemperatuurverdeling is uniform en de planten groeien netjes.De kas heeft de voordelen van het verbeteren van de efficiëntie van het landgebruik, het flexibel ontwerpen van de kasgrootte en het verkorten van de bouwperiode, wat van groot belang is voor de bescherming van gecultiveerde landbronnen en het milieu.

Fotovoltaïsche kas

Agrarische kas is een kas die fotovoltaïsche energieopwekking op zonne-energie, intelligente temperatuurregeling en moderne hightech beplanting integreert.Het heeft een stalen botframe en is bedekt met fotovoltaïsche zonnemodules om te voldoen aan de verlichtingsvereisten van fotovoltaïsche stroomopwekkingsmodules en de verlichtingsvereisten van de hele kas.De gelijkstroom die door zonne-energie wordt gegenereerd, vormt een directe aanvulling op het licht van landbouwkassen, ondersteunt rechtstreeks de normale werking van kasapparatuur, drijft de irrigatie van waterbronnen aan, verhoogt de kastemperatuur en bevordert de snelle groei van gewassen.Fotovoltaïsche modules zullen op deze manier de verlichtingsefficiëntie van het kasdek beïnvloeden en vervolgens de normale groei van kasgroenten beïnvloeden.Daarom wordt de rationele lay-out van fotovoltaïsche panelen op het dak van de kas het belangrijkste toepassingspunt.Agrarische kas is het product van de organische combinatie van sightseeing-landbouw en facilitair tuinieren, en het is een innovatieve landbouwindustrie die fotovoltaïsche energieopwekking, agrarische sightseeing, landbouwgewassen, landbouwtechnologie, landschap en culturele ontwikkeling integreert.

Innovatief ontwerp van kasgroep met energie-interactie tussen verschillende soorten kassen

Guo Wenzhong, een onderzoeker aan de Beijing Academy of Agricultural and Forestry Sciences, gebruikt de verwarmingsmethode van energieoverdracht tussen kassen om de resterende warmte-energie in een of meer kassen te verzamelen om een ​​of meer kassen te verwarmen.Deze verwarmingsmethode realiseert de overdracht van kasenergie in tijd en ruimte, verbetert de energiebenuttingsefficiëntie van de resterende kaswarmte-energie en vermindert het totale energieverbruik voor verwarming.De twee soorten kassen kunnen verschillende kastypen zijn of hetzelfde kastype voor het planten van verschillende gewassen, zoals sla- en tomatenkassen.Methoden voor het verzamelen van warmte omvatten voornamelijk het onttrekken van warmte uit de binnenlucht en het direct onderscheppen van invallende straling.Door middel van opvang van zonne-energie, geforceerde convectie door warmtewisselaar en geforceerde onttrekking door warmtepomp werd de overtollige warmte in de energiezuinige kas onttrokken voor verwarming van de kas.

samenvatten

Deze nieuwe zonnekassen hebben de voordelen van een snelle montage, een kortere bouwtijd en een verbeterde grondbenutting.Daarom is het noodzakelijk om de prestaties van deze nieuwe kassen in verschillende gebieden verder te onderzoeken en de mogelijkheid te bieden voor grootschalige popularisering en toepassing van nieuwe kassen.Tegelijkertijd is het noodzakelijk om de toepassing van nieuwe energie en nieuwe materialen in kassen continu te versterken, om zo kracht te leveren voor de structurele hervorming van kassen.

Toekomstperspectief en denken

Traditionele kassen hebben vaak enkele nadelen, zoals een hoog energieverbruik, lage grondbenutting, tijdrovend en arbeidsintensief, slechte prestaties, enz., die niet langer kunnen voldoen aan de productiebehoeften van de moderne landbouw en die geleidelijk aan geëlimineerd.Daarom is het een ontwikkelingstrend om nieuwe energiebronnen zoals zonne-energie, biomassa-energie, geothermische energie en windenergie, nieuwe toepassingsmaterialen voor kassen en nieuwe ontwerpen te gebruiken om de structurele verandering van de kas te bevorderen.Allereerst moet de nieuwe kas, aangedreven door nieuwe energie en nieuwe materialen, niet alleen voldoen aan de behoeften van gemechaniseerde bediening, maar ook energie, land en kosten besparen.Ten tweede is het noodzakelijk om constant de prestaties van nieuwe kassen in verschillende gebieden te onderzoeken, om zo de voorwaarden te scheppen voor grootschalige popularisering van kassen.In de toekomst moeten we verder zoeken naar nieuwe energie en nieuwe materialen die geschikt zijn voor toepassing in de kas, en de beste combinatie vinden van nieuwe energie, nieuwe materialen en kas, om het mogelijk te maken een nieuwe kas te bouwen met lage kosten, korte constructie periode, laag energieverbruik en uitstekende prestaties, helpen de kasstructuur te veranderen en bevorderen de modernisering van kassen in China.

Hoewel de toepassing van nieuwe energie, nieuwe materialen en nieuwe ontwerpen in de kassenbouw een onvermijdelijke trend is, zijn er nog veel problemen die bestudeerd en overwonnen moeten worden: (1) De bouwkosten nemen toe.Vergeleken met de traditionele verwarming met kolen, aardgas of olie is de toepassing van nieuwe energie en nieuwe materialen milieuvriendelijk en vrij van vervuiling, maar de bouwkosten worden aanzienlijk verhoogd, wat een zekere impact heeft op het investeringsherstel van productie en exploitatie .In vergelijking met energieverbruik zullen de kosten van nieuwe materialen aanzienlijk worden verhoogd.(2) Onstabiel gebruik van warmte-energie.Het grootste voordeel van nieuw energiegebruik zijn lage bedrijfskosten en lage kooldioxide-uitstoot, maar de toevoer van energie en warmte is onstabiel en bewolkte dagen worden de grootste beperkende factor bij het gebruik van zonne-energie.Tijdens het proces van biomassawarmteproductie door fermentatie, wordt het effectieve gebruik van deze energie beperkt door de problemen van lage fermentatiewarmte-energie, moeilijk beheer en controle en grote opslagruimte voor het transport van grondstoffen.(3) Technologische volwassenheid.Deze technologieën die worden gebruikt door nieuwe energie en nieuwe materialen zijn geavanceerd onderzoek en technologische prestaties, en hun toepassingsgebied en reikwijdte zijn nog vrij beperkt.Ze zijn niet vaak gepasseerd, veel sites en grootschalige praktijkverificatie, en er zijn onvermijdelijk enkele tekortkomingen en technische inhoud die in de toepassing moeten worden verbeterd.Gebruikers ontkennen vaak de vooruitgang van technologie vanwege de kleine tekortkomingen.(4) De penetratiegraad van de technologie is laag.De brede toepassing van een wetenschappelijke en technologische prestatie vereist een zekere populariteit.Op dit moment zitten nieuwe energie, nieuwe technologie en nieuwe technologie voor het ontwerpen van kassen allemaal in het team van wetenschappelijke onderzoekscentra op universiteiten met een bepaald innovatievermogen, en de meeste technische eisen of ontwerpers weten het nog steeds niet;Tegelijkertijd zijn de popularisering en toepassing van nieuwe technologieën nog steeds vrij beperkt omdat de kernapparatuur van nieuwe technologieën gepatenteerd is.(5) De integratie van nieuwe energie, nieuwe materialen en het ontwerp van de kasstructuur moet verder worden versterkt.Omdat energie-, materiaal- en kasconstructieontwerp tot drie verschillende disciplines behoren, ontbreekt het bij talenten met kasontwerpervaring vaak aan onderzoek naar kasgerelateerde energie en materialen, en vice versa;Daarom moeten onderzoekers met betrekking tot energie- en materiaalonderzoek het onderzoek en het begrip van de werkelijke behoeften van de ontwikkeling van de glastuinbouw versterken, en moeten structurele ontwerpers ook nieuwe materialen en nieuwe energie bestuderen om de diepe integratie van de drie relaties te bevorderen, om zo te bereiken het doel van praktische broeikasonderzoekstechnologie, lage bouwkosten en een goed gebruikseffect.Op basis van de bovenstaande problemen wordt voorgesteld dat de staat, lokale overheden en wetenschappelijke onderzoekscentra technisch onderzoek moeten intensiveren, gezamenlijk diepgaand onderzoek moeten uitvoeren, de publiciteit van wetenschappelijke en technologische prestaties moeten versterken, de popularisering van prestaties moeten verbeteren en snel de doel van nieuwe energie en nieuwe materialen om de nieuwe ontwikkeling van de glastuinbouw te helpen.

Geciteerde informatie

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nieuwe energie, nieuwe materialen en nieuw ontwerp dragen bij aan de nieuwe revolutie van de kas [J].Groenten, 2022,(10):1-8.