Li Jianming, Sun Guotao, dll.Teknologi rekayasa pertanian hortikultura rumah kaca21-11-2022 17:42 Diterbitkan di Beijing

Dalam beberapa tahun terakhir, industri rumah kaca telah berkembang pesat.Pengembangan rumah kaca tidak hanya meningkatkan tingkat pemanfaatan lahan dan tingkat output produk pertanian, tetapi juga memecahkan masalah pasokan buah dan sayuran di luar musim.Namun, rumah kaca juga menghadapi tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya.Fasilitas asli, metode pemanasan, dan bentuk struktural telah menghasilkan ketahanan terhadap lingkungan dan pembangunan.Bahan baru dan desain baru sangat dibutuhkan untuk mengubah struktur rumah kaca, dan sumber energi baru sangat dibutuhkan untuk mencapai tujuan konservasi energi dan perlindungan lingkungan, serta meningkatkan produksi dan pendapatan.

Artikel ini membahas tema “energi baru, material baru, desain baru untuk membantu revolusi baru rumah kaca”, meliputi penelitian dan inovasi energi surya, energi biomassa, energi panas bumi dan sumber energi baru lainnya di rumah kaca, penelitian dan penerapannya bahan baru untuk penutup, insulasi termal, dinding dan peralatan lainnya, dan prospek masa depan dan pemikiran energi baru, bahan baru dan desain baru untuk membantu reformasi rumah kaca, sehingga dapat memberikan referensi bagi industri.

Mengembangkan fasilitasi pertanian merupakan kebutuhan politik dan pilihan yang tak terelakkan untuk melaksanakan semangat instruksi penting dan pengambilan keputusan pemerintah pusat.Pada tahun 2020, total area pertanian lindung di Tiongkok akan menjadi 2,8 juta hm2, dan nilai outputnya akan melebihi 1 triliun yuan.Ini adalah cara penting untuk meningkatkan kapasitas produksi rumah kaca untuk meningkatkan pencahayaan rumah kaca dan kinerja isolasi termal melalui energi baru, material baru, dan desain rumah kaca baru.Ada banyak kerugian dalam produksi rumah kaca tradisional, seperti batu bara, bahan bakar minyak dan sumber energi lain yang digunakan untuk pemanasan dan pemanasan di rumah kaca tradisional, menghasilkan sejumlah besar gas dioksida, yang mencemari lingkungan secara serius, sedangkan gas alam, energi listrik dan sumber energi lain meningkatkan biaya operasi rumah kaca.Bahan penyimpan panas tradisional untuk dinding rumah kaca sebagian besar adalah tanah liat dan batu bata, yang banyak dikonsumsi dan menyebabkan kerusakan serius pada sumber daya lahan.Efisiensi penggunaan lahan rumah kaca surya tradisional dengan dinding bumi hanya 40% ~ 50%, dan rumah kaca biasa memiliki kapasitas penyimpanan panas yang buruk, sehingga tidak dapat hidup selama musim dingin untuk menghasilkan sayuran hangat di Tiongkok utara.Oleh karena itu, inti dari mempromosikan perubahan rumah kaca, atau penelitian dasar terletak pada desain rumah kaca, penelitian dan pengembangan bahan baru dan energi baru.Artikel ini akan fokus pada penelitian dan inovasi sumber energi baru di rumah kaca, merangkum status penelitian sumber energi baru seperti energi matahari, energi biomassa, energi panas bumi, energi angin dan bahan penutup transparan baru, bahan isolasi termal dan bahan dinding di rumah kaca, menganalisis penerapan energi baru dan material baru dalam pembangunan rumah kaca baru, dan menantikan peran mereka dalam pengembangan dan transformasi rumah kaca di masa depan.

Riset dan Inovasi Rumah Kaca Energi Baru

Energi baru hijau dengan potensi pemanfaatan pertanian terbesar meliputi energi surya, energi panas bumi dan energi biomassa, atau pemanfaatan komprehensif dari berbagai sumber energi baru, untuk mencapai penggunaan energi yang efisien dengan belajar dari kekuatan satu sama lain.

energi/tenaga surya

Teknologi energi surya adalah mode pasokan energi rendah karbon, efisien dan berkelanjutan, dan ini merupakan komponen penting dari industri strategis China yang sedang berkembang.Ini akan menjadi pilihan yang tak terhindarkan untuk transformasi dan peningkatan struktur energi China di masa depan.Dari segi pemanfaatan energi, rumah kaca sendiri merupakan struktur fasilitas pemanfaatan energi surya.Melalui efek rumah kaca, energi matahari dikumpulkan di dalam ruangan, suhu rumah kaca dinaikkan, dan panas yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman disediakan.Sumber energi utama fotosintesis tanaman rumah kaca adalah sinar matahari langsung, yaitu pemanfaatan energi matahari secara langsung.

01 Pembangkit listrik fotovoltaik untuk menghasilkan panas

Pembangkit listrik fotovoltaik adalah teknologi yang secara langsung mengubah energi cahaya menjadi energi listrik berdasarkan efek fotovoltaik.Elemen kunci dari teknologi ini adalah sel surya.Ketika energi matahari menyinari susunan panel surya secara seri atau paralel, komponen semikonduktor secara langsung mengubah energi radiasi matahari menjadi energi listrik.Teknologi fotovoltaik dapat secara langsung mengubah energi cahaya menjadi energi listrik, menyimpan listrik melalui baterai, dan memanaskan rumah kaca di malam hari, tetapi biayanya yang tinggi membatasi pengembangannya lebih lanjut.Kelompok penelitian mengembangkan perangkat pemanas graphene fotovoltaik, yang terdiri dari panel fotovoltaik fleksibel, mesin kontrol balik all-in-one, baterai penyimpanan, dan batang pemanas graphene.Menurut panjang garis tanam, batang pemanas graphene dikubur di bawah kantong substrat.Pada siang hari, panel fotovoltaik menyerap radiasi matahari untuk menghasilkan listrik dan menyimpannya dalam baterai penyimpanan, kemudian listrik dilepaskan pada malam hari untuk batang pemanas graphene.Dalam pengukuran aktual, mode kontrol suhu mulai dari 17 ℃ dan ditutup pada 19 ℃ diadopsi.Berjalan pada malam hari (20:00-08:00 pada hari kedua) selama 8 jam, konsumsi energi untuk memanaskan satu baris tanaman adalah 1,24 kW·h, dan suhu rata-rata kantong substrat pada malam hari adalah 19,2℃, yang 3,5 ~ 5,3 ℃ lebih tinggi dari kontrol.Metode pemanasan ini dikombinasikan dengan pembangkit listrik fotovoltaik memecahkan masalah konsumsi energi yang tinggi dan polusi yang tinggi pada pemanasan rumah kaca di musim dingin.

02 konversi dan pemanfaatan fototermal

Konversi fototermal surya mengacu pada penggunaan permukaan pengumpulan sinar matahari khusus yang terbuat dari bahan konversi fototermal untuk mengumpulkan dan menyerap sebanyak mungkin energi matahari yang dipancarkan ke dalamnya dan mengubahnya menjadi energi panas.Dibandingkan dengan aplikasi fotovoltaik surya, aplikasi fototermal surya meningkatkan penyerapan pita inframerah-dekat, sehingga memiliki efisiensi pemanfaatan energi sinar matahari yang lebih tinggi, biaya yang lebih rendah dan teknologi yang matang, dan merupakan cara pemanfaatan energi matahari yang paling banyak digunakan.

Teknologi konversi dan pemanfaatan fototermal yang paling matang di Cina adalah kolektor surya, komponen intinya adalah inti pelat penyerap panas dengan lapisan penyerapan selektif, yang dapat mengubah energi radiasi matahari yang melewati pelat penutup menjadi energi panas dan mengirimkannya. ke media kerja penyerap panas.Kolektor surya dapat dibagi menjadi dua kategori menurut apakah ada ruang hampa udara di kolektor atau tidak: kolektor surya datar dan kolektor surya tabung vakum;pengumpul surya pemusatan dan pengumpul surya non pemusatan sesuai dengan apakah arah radiasi matahari di pelabuhan siang hari berubah;dan kolektor surya cair dan kolektor surya udara sesuai dengan jenis media kerja perpindahan panas.

Pemanfaatan energi surya di rumah kaca terutama dilakukan melalui berbagai jenis kolektor surya.Universitas Ibnu Zor di Maroko telah mengembangkan sistem pemanas energi surya aktif (ASHS) untuk pemanasan rumah kaca, yang dapat meningkatkan total produksi tomat sebesar 55% di musim dingin.Universitas Pertanian China telah merancang dan mengembangkan satu set sistem pengumpulan dan pemakaian kipas pendingin permukaan, dengan kapasitas pengumpulan panas 390,6～693,0 MJ, dan mengajukan gagasan untuk memisahkan proses pengumpulan panas dari proses penyimpanan panas dengan pompa panas.Universitas Bari di Italia telah mengembangkan sistem pemanas poligenerasi rumah kaca, yang terdiri dari sistem energi matahari dan pompa panas udara-air, dan dapat meningkatkan suhu udara sebesar 3,6% dan suhu tanah sebesar 92%.Kelompok penelitian telah mengembangkan sejenis peralatan pengumpul panas matahari aktif dengan sudut kemiringan variabel untuk rumah kaca surya, dan perangkat penyimpan panas pendukung untuk badan air rumah kaca di seluruh cuaca.Teknologi pengumpulan panas matahari aktif dengan kecenderungan variabel menembus keterbatasan peralatan pengumpulan panas rumah kaca tradisional, seperti kapasitas pengumpulan panas yang terbatas, naungan dan pendudukan lahan pertanian.Dengan menggunakan struktur rumah kaca khusus rumah kaca surya, ruang non-tanam rumah kaca dimanfaatkan sepenuhnya, yang sangat meningkatkan efisiensi pemanfaatan ruang rumah kaca.Di bawah kondisi kerja cerah yang khas, sistem pengumpulan panas matahari aktif dengan kemiringan variabel mencapai 1,9 MJ/(m2h), efisiensi pemanfaatan energi mencapai 85,1% dan tingkat penghematan energi adalah 77%.Dalam teknologi penyimpanan panas rumah kaca, struktur penyimpanan panas perubahan multi-fase diatur, kapasitas penyimpanan panas dari perangkat penyimpanan panas ditingkatkan, dan pelepasan panas yang lambat dari perangkat direalisasikan, untuk mewujudkan penggunaan yang efisien dari panas yang dikumpulkan oleh peralatan pengumpul panas matahari rumah kaca.

energi biomassa

Struktur fasilitas baru dibangun dengan menggabungkan perangkat penghasil panas biomassa dengan rumah kaca, dan bahan baku biomassa seperti kotoran babi, residu jamur dan jerami dikomposkan untuk menyeduh panas, dan energi panas yang dihasilkan langsung dipasok ke rumah kaca [ 5].Dibandingkan dengan rumah kaca tanpa tangki pemanas fermentasi biomassa, rumah kaca pemanas dapat secara efektif meningkatkan suhu tanah di rumah kaca dan menjaga suhu yang tepat dari akar tanaman yang dibudidayakan di tanah dalam iklim normal di musim dingin.Mengambil rumah kaca isolasi termal asimetris satu lapis dengan rentang 17m dan panjang 30m sebagai contoh, menambahkan 8m limbah pertanian (campuran jerami tomat dan kotoran babi) ke dalam tangki fermentasi dalam ruangan untuk fermentasi alami tanpa membalik tumpukan kaleng meningkatkan suhu harian rata-rata rumah kaca sebesar 4,2 ℃ di musim dingin, dan suhu minimum harian rata-rata dapat mencapai 4,6 ℃.

Pemanfaatan energi fermentasi terkontrol biomassa adalah metode fermentasi yang menggunakan instrumen dan peralatan untuk mengontrol proses fermentasi agar cepat memperoleh dan memanfaatkan energi panas biomassa secara efisien dan pupuk gas CO2, di antaranya ventilasi dan kelembaban merupakan faktor kunci untuk mengatur panas fermentasi. dan produksi gas biomassa.Dalam kondisi berventilasi, mikroorganisme aerob dalam tumpukan fermentasi menggunakan oksigen untuk aktivitas hidup, dan sebagian energi yang dihasilkan digunakan untuk aktivitas hidupnya sendiri, dan sebagian energi dilepaskan ke lingkungan sebagai energi panas, yang bermanfaat bagi suhu. bangkitnya lingkungan.Air mengambil bagian dalam seluruh proses fermentasi, menyediakan nutrisi terlarut yang diperlukan untuk aktivitas mikroba, dan pada saat yang sama melepaskan panas tumpukan dalam bentuk uap melalui air, sehingga dapat menurunkan suhu tumpukan, memperpanjang umur mikroorganisme dan meningkatkan suhu tumpukan.Memasang perangkat pelindian jerami di tangki fermentasi dapat meningkatkan suhu dalam ruangan sebesar 3 ~ 5℃ di musim dingin, memperkuat fotosintesis tanaman, dan meningkatkan hasil tomat sebesar 29,6%.

energi panas bumi

Cina kaya akan sumber daya panas bumi.Saat ini, cara yang paling umum untuk fasilitas pertanian untuk memanfaatkan energi panas bumi adalah dengan menggunakan pompa panas sumber tanah, yang dapat mentransfer dari energi panas tingkat rendah ke energi panas tingkat tinggi dengan memasukkan sejumlah kecil energi tingkat tinggi (seperti energi listrik).Berbeda dari langkah-langkah pemanasan rumah kaca tradisional, pemanasan pompa panas sumber tanah tidak hanya dapat mencapai efek pemanasan yang signifikan, tetapi juga memiliki kemampuan untuk mendinginkan rumah kaca dan mengurangi kelembapan di rumah kaca.Penelitian aplikasi pompa panas sumber tanah di bidang konstruksi perumahan sudah matang.Bagian inti yang memengaruhi kapasitas pemanasan dan pendinginan pompa panas sumber-tanah adalah modul pertukaran panas bawah tanah, yang terutama meliputi pipa terkubur, sumur bawah tanah, dll. Bagaimana merancang sistem pertukaran panas bawah tanah dengan biaya dan efek yang seimbang selalu menjadi fokus penelitian bagian ini.Pada saat yang sama, perubahan suhu lapisan tanah bawah tanah dalam penerapan pompa kalor sumber tanah juga mempengaruhi efek penggunaan sistem pompa kalor.Menggunakan pompa panas sumber tanah untuk mendinginkan rumah kaca di musim panas dan menyimpan energi panas di lapisan tanah yang dalam dapat mengurangi penurunan suhu lapisan tanah bawah tanah dan meningkatkan efisiensi produksi panas dari pompa panas sumber tanah di musim dingin.

Saat ini, dalam penelitian kinerja dan efisiensi pompa panas sumber tanah, melalui data eksperimen aktual, model numerik dibuat dengan perangkat lunak seperti TOUGH2 dan TRNSYS, dan disimpulkan bahwa kinerja pemanasan dan koefisien kinerja (COP ) pompa panas sumber tanah dapat mencapai 3,0 ~ 4,5, yang memiliki efek pendinginan dan pemanasan yang baik.Dalam penelitian strategi operasi sistem pompa panas, Fu Yunzhun dan lainnya menemukan bahwa dibandingkan dengan aliran sisi beban, aliran sisi sumber tanah memiliki dampak yang lebih besar pada kinerja unit dan kinerja perpindahan panas dari pipa yang terkubur. .Pada kondisi pengaturan aliran, nilai COP maksimum unit dapat mencapai 4,17 dengan mengadopsi skema operasi beroperasi selama 2 jam dan berhenti selama 2 jam;Shi Huixian et.mengadopsi mode operasi intermiten dari sistem pendingin penyimpanan air.Di musim panas, saat suhu tinggi, COP seluruh sistem suplai energi bisa mencapai 3,80.

Teknologi penyimpanan panas tanah dalam di rumah kaca

Penyimpanan panas tanah dalam di rumah kaca juga disebut "bank penyimpanan panas" di rumah kaca.Kerusakan dingin di musim dingin dan suhu tinggi di musim panas merupakan kendala utama produksi rumah kaca.Berdasarkan kapasitas penyimpanan panas yang kuat dari tanah dalam, kelompok penelitian merancang perangkat penyimpanan panas dalam bawah tanah rumah kaca.Perangkat ini adalah pipa perpindahan panas paralel dua lapis yang terkubur di kedalaman 1,5～2,5m di bawah tanah di dalam rumah kaca, dengan saluran masuk udara di bagian atas rumah kaca dan saluran keluar udara di tanah.Ketika suhu di dalam rumah kaca tinggi, udara dalam ruangan dipompa secara paksa ke dalam tanah oleh kipas untuk mewujudkan penyimpanan panas dan penurunan suhu.Ketika suhu rumah kaca rendah, panas diambil dari tanah untuk menghangatkan rumah kaca.Hasil produksi dan aplikasi menunjukkan bahwa perangkat dapat meningkatkan suhu rumah kaca sebesar 2,3 ℃ di malam musim dingin, mengurangi suhu dalam ruangan sebesar 2,6 ℃ di musim panas, dan meningkatkan hasil tomat sebesar 1500kg dalam 667 m².Perangkat ini memanfaatkan sepenuhnya karakteristik "hangat di musim dingin dan sejuk di musim panas" dan "suhu konstan" dari tanah bawah tanah yang dalam, menyediakan "bank akses energi" untuk rumah kaca, dan terus melengkapi fungsi tambahan pendinginan dan pemanasan rumah kaca .

Koordinasi multi-energi

Menggunakan dua atau lebih jenis energi untuk memanaskan rumah kaca dapat secara efektif menutupi kerugian dari jenis energi tunggal, dan memainkan efek superposisi "satu tambah satu lebih besar dari dua".Kerja sama komplementer antara energi panas bumi dan energi surya merupakan hotspot penelitian pemanfaatan energi baru dalam produksi pertanian dalam beberapa tahun terakhir.Emmi et.mempelajari sistem energi multi-sumber (Gambar 1), yang dilengkapi dengan kolektor surya hibrida fotovoltaik-termal.Dibandingkan dengan sistem pompa panas udara-air biasa, efisiensi energi dari sistem energi multi-sumber ditingkatkan sebesar 16% ~ 25%.Zheng et.mengembangkan tipe baru sistem penyimpanan panas berpasangan dari energi matahari dan pompa panas sumber tanah.Sistem kolektor surya dapat mewujudkan penyimpanan pemanas musiman berkualitas tinggi, yaitu pemanasan berkualitas tinggi di musim dingin dan pendinginan berkualitas tinggi di musim panas.Penukar panas tabung terkubur dan tangki penyimpanan panas intermiten semuanya dapat berjalan dengan baik dalam sistem, dan nilai COP sistem dapat mencapai 6,96.

Dikombinasikan dengan energi matahari, ini bertujuan untuk mengurangi konsumsi daya komersial dan meningkatkan stabilitas pasokan tenaga surya di rumah kaca.Wan Ya et.mengedepankan skema teknologi kontrol cerdas baru yang menggabungkan pembangkit tenaga surya dengan tenaga komersial untuk pemanasan rumah kaca, yang dapat memanfaatkan tenaga fotovoltaik saat ada cahaya, dan mengubahnya menjadi tenaga komersial saat tidak ada cahaya, sangat mengurangi kekurangan daya beban tingkat, dan mengurangi biaya ekonomi tanpa menggunakan baterai.

Energi matahari, energi biomassa, dan energi listrik dapat bersama-sama memanaskan rumah kaca, yang juga dapat mencapai efisiensi pemanasan yang tinggi.Zhang Liangrui dan lainnya menggabungkan pengumpulan panas tabung vakum surya dengan tangki air penyimpanan panas listrik lembah.Sistem pemanas rumah kaca memiliki kenyamanan termal yang baik, dan efisiensi pemanasan rata-rata dari sistem tersebut adalah 68,70%.Tangki air penyimpanan panas listrik adalah perangkat penyimpanan air pemanas biomassa dengan pemanas listrik.Suhu terendah dari saluran masuk air di ujung pemanas diatur, dan strategi operasi sistem ditentukan sesuai dengan suhu penyimpanan air dari bagian pengumpulan panas matahari dan bagian penyimpanan panas biomassa, sehingga mencapai suhu pemanasan yang stabil di pemanasan akhir dan menghemat energi listrik dan bahan energi biomassa secara maksimal.

Riset Inovatif dan Penerapan Material Rumah Kaca Baru

Dengan perluasan area rumah kaca, kelemahan aplikasi bahan rumah kaca tradisional seperti batu bata dan tanah semakin terungkap.Oleh karena itu, untuk lebih meningkatkan kinerja termal rumah kaca dan memenuhi kebutuhan pengembangan rumah kaca modern, banyak penelitian dan penerapan bahan penutup transparan baru, bahan isolasi termal, dan bahan dinding.

Penelitian dan penerapan bahan penutup transparan baru

Jenis bahan penutup transparan untuk rumah kaca terutama meliputi film plastik, kaca, panel surya dan panel fotovoltaik, di antaranya film plastik memiliki area aplikasi terbesar.Film PE rumah kaca tradisional memiliki cacat umur pendek, non-degradasi dan fungsi tunggal.Saat ini, berbagai film fungsional baru telah dikembangkan dengan menambahkan reagen atau pelapis fungsional.

Film konversi cahaya:Film konversi cahaya mengubah sifat optik film dengan menggunakan agen konversi cahaya seperti tanah jarang dan bahan nano, dan dapat mengubah wilayah sinar ultraviolet menjadi cahaya oranye merah dan cahaya ungu biru yang dibutuhkan oleh fotosintesis tanaman, sehingga meningkatkan hasil panen dan mengurangi kerusakan sinar ultraviolet pada tanaman dan film rumah kaca di rumah kaca plastik.Misalnya, film rumah kaca ungu-ke-merah pita lebar dengan agen konversi cahaya VTR-660 dapat secara signifikan meningkatkan transmisi inframerah ketika diterapkan di rumah kaca, dan dibandingkan dengan rumah kaca kontrol, hasil tomat per hektar, kandungan vitamin C dan likopen meningkat secara signifikan masing-masing sebesar 25,71%, 11,11% dan 33,04%.Namun, saat ini, masa pakai, degradasi dan biaya film konversi cahaya baru masih perlu dipelajari.

Kaca berserakan: Kaca tersebar di rumah kaca adalah pola khusus dan teknologi anti pantulan pada permukaan kaca, yang dapat memaksimalkan sinar matahari menjadi cahaya yang tersebar dan memasuki rumah kaca, meningkatkan efisiensi fotosintesis tanaman dan meningkatkan hasil panen.Kaca hamburan mengubah cahaya yang memasuki rumah kaca menjadi cahaya yang tersebar melalui pola khusus, dan cahaya yang tersebar dapat disinari lebih merata ke dalam rumah kaca, menghilangkan pengaruh bayangan kerangka pada rumah kaca.Dibandingkan dengan kaca float biasa dan kaca float ultra-putih, standar transmisi cahaya kaca hamburan adalah 91,5%, dan kaca float biasa adalah 88%.Untuk setiap peningkatan 1% transmisi cahaya di dalam rumah kaca, hasil dapat ditingkatkan sekitar 3%, dan gula larut serta vitamin C dalam buah dan sayuran meningkat.Kaca hamburan di rumah kaca dilapisi terlebih dahulu dan kemudian dikeraskan, dan tingkat ledakan sendiri lebih tinggi dari standar nasional, mencapai 2 ‰.

Penelitian dan Penerapan Bahan Isolasi Termal Baru

Bahan isolasi termal tradisional di rumah kaca terutama meliputi tikar jerami, selimut kertas, selimut isolasi termal jarum, dll., Yang terutama digunakan untuk isolasi termal atap internal dan eksternal, isolasi dinding dan isolasi termal dari beberapa penyimpanan panas dan perangkat pengumpul panas .Sebagian besar dari mereka memiliki cacat kehilangan kinerja insulasi termal karena kelembaban internal setelah penggunaan jangka panjang.Oleh karena itu, ada banyak aplikasi bahan insulasi termal tinggi baru, di antaranya selimut insulasi termal baru, penyimpanan panas, dan perangkat pengumpul panas menjadi fokus penelitian.

Bahan insulasi termal baru biasanya dibuat dengan memproses dan menggabungkan permukaan yang tahan air dan bahan tahan penuaan seperti film tenun dan kain kempa berlapis dengan bahan insulasi termal halus seperti kapas berlapis semprot, kasmir lain-lain, dan kapas mutiara.Selimut insulasi termal kapas berlapis film tenun diuji di Cina Timur Laut.Ditemukan bahwa menambahkan 500g kapas berlapis semprot setara dengan kinerja insulasi termal 4500g selimut insulasi termal flanel hitam di pasaran.Di bawah kondisi yang sama, kinerja insulasi termal kapas berlapis semprot 700g ditingkatkan sebesar 1 ~ 2 ℃ dibandingkan dengan selimut insulasi termal kapas berlapis semprot 500g.Pada saat yang sama, penelitian lain juga menemukan bahwa dibandingkan dengan selimut isolasi termal yang umum digunakan di pasaran, efek isolasi termal dari kapas berlapis semprot dan selimut isolasi termal kasmir lainnya lebih baik, dengan tingkat isolasi termal 84,0% dan 83,3 masing-masing.Ketika suhu luar ruangan terdingin adalah -24,4 ℃, suhu dalam ruangan masing-masing dapat mencapai 5,4 dan 4,2 ℃.Dibandingkan dengan selimut insulasi selimut jerami tunggal, selimut insulasi komposit baru memiliki keunggulan bobot yang ringan, tingkat insulasi tinggi, ketahanan tahan air dan penuaan yang kuat, dan dapat digunakan sebagai jenis baru bahan insulasi efisiensi tinggi untuk rumah kaca surya.

Pada saat yang sama, menurut penelitian bahan isolasi termal untuk perangkat pengumpulan dan penyimpanan panas rumah kaca, juga ditemukan bahwa ketika ketebalannya sama, bahan isolasi termal komposit berlapis-lapis memiliki kinerja isolasi termal yang lebih baik daripada bahan tunggal.Tim Profesor Li Jianming dari Northwest A&F University merancang dan menyaring 22 jenis bahan isolasi termal perangkat penyimpanan air rumah kaca, seperti papan vakum, aerogel dan kapas karet, dan mengukur sifat termalnya.Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan insulasi termal 80mm+aerogel+insulasi termal karet-plastik bahan insulasi komposit kapas dapat mengurangi pembuangan panas sebesar 0,367MJ per satuan waktu dibandingkan dengan kapas plastik-karet 80mm, dan koefisien perpindahan panasnya adalah 0,283W/(m2 · k) ketika ketebalan kombinasi insulasi adalah 100mm.

Material perubahan fasa merupakan salah satu hot spot dalam penelitian material rumah kaca.Universitas A&F Northwest telah mengembangkan dua jenis perangkat penyimpanan bahan perubahan fase: satu adalah kotak penyimpanan yang terbuat dari polietilen hitam, yang memiliki ukuran 50cm×30cm×14cm (panjang×tinggi×tebal) dan diisi dengan bahan perubahan fase, jadi bahwa ia dapat menyimpan panas dan melepaskan panas;Kedua, tipe baru papan dinding perubahan fase dikembangkan.Papan dinding perubahan fase terdiri dari material perubahan fase, pelat aluminium, pelat aluminium-plastik dan paduan aluminium.Bahan pengubah fase terletak di posisi paling tengah papan dinding, dan spesifikasinya adalah 200mm×200mm×50mm.Ini adalah padatan bubuk sebelum dan sesudah perubahan fase, dan tidak ada fenomena meleleh atau mengalir.Empat dinding dari bahan pengubah fasa masing-masing adalah pelat aluminium dan pelat aluminium-plastik.Perangkat ini dapat mewujudkan fungsi terutama menyimpan panas di siang hari dan melepaskan panas di malam hari.

Oleh karena itu, ada beberapa masalah dalam penerapan bahan isolasi termal tunggal, seperti efisiensi isolasi termal yang rendah, kehilangan panas yang besar, waktu penyimpanan panas yang singkat, dll. Oleh karena itu, penggunaan bahan isolasi termal komposit sebagai lapisan isolasi termal dan isolasi termal dalam dan luar ruangan lapisan penutup perangkat penyimpanan panas dapat secara efektif meningkatkan kinerja isolasi termal rumah kaca, mengurangi kehilangan panas rumah kaca, dan dengan demikian mencapai efek penghematan energi.

Penelitian dan Penerapan Tembok Baru

Sebagai semacam struktur penutup, dinding merupakan penghalang penting untuk perlindungan dingin dan pelestarian panas rumah kaca.Menurut bahan dan struktur dinding, pengembangan dinding utara rumah kaca dapat dibagi menjadi tiga jenis: dinding satu lapis yang terbuat dari tanah, batu bata, dll., Dan dinding utara berlapis yang terbuat dari batu bata tanah liat, batu bata balok, papan polistiren, dll., dengan penyimpanan panas bagian dalam dan insulasi panas bagian luar, dan sebagian besar dinding ini memakan waktu dan padat karya;Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, banyak jenis dinding baru bermunculan, yang mudah dibangun dan cocok untuk perakitan cepat.

Munculnya dinding rakitan tipe baru mendorong perkembangan pesat rumah kaca rakitan, termasuk dinding komposit tipe baru dengan bahan dan bahan permukaan tahan air dan anti penuaan eksternal seperti kain kempa, kapas mutiara, kapas luar angkasa, kapas kaca atau kapas daur ulang sebagai panas lapisan insulasi, seperti dinding rakitan fleksibel dari kapas yang diikat dengan semprotan di Xinjiang.Selain itu, penelitian lain juga melaporkan dinding utara rakitan rumah kaca dengan lapisan penyimpanan panas, seperti blok mortir kulit gandum yang diisi batu bata di Xinjiang.Di bawah lingkungan eksternal yang sama, ketika suhu luar ruangan terendah adalah -20,8 ℃, suhu di rumah kaca surya dengan dinding komposit blok mortir kulit gandum adalah 7,5 ℃, sedangkan suhu di rumah kaca surya dengan dinding bata-beton adalah 3,2 ℃.Waktu panen tomat di rumah kaca bata dapat dimajukan 16 hari, dan hasil rumah kaca tunggal dapat ditingkatkan sebesar 18,4%.

Tim fasilitas dari Northwest A&F University mengajukan ide desain untuk membuat bahan jerami, tanah, air, batu dan fasa menjadi modul insulasi termal dan penyimpanan panas dari sudut cahaya dan desain dinding yang disederhanakan, yang mempromosikan penelitian aplikasi rakitan modular dinding.Misalnya, dibandingkan dengan rumah kaca dinding bata biasa, suhu rata-rata di rumah kaca adalah 4,0℃ lebih tinggi pada hari yang cerah.Tiga jenis modul semen pengubah fasa anorganik, yang terbuat dari bahan pengubah fasa (PCM) dan semen, memiliki panas terakumulasi sebesar 74,5, 88,0 dan 95,1 MJ/m³, dan melepaskan kalor sebesar 59,8, 67,8 dan 84,2 MJ/m³, masing-masing.Mereka memiliki fungsi "pemotongan puncak" di siang hari, "pengisian lembah" di malam hari, menyerap panas di musim panas, dan melepaskan panas di musim dingin.

Dinding baru ini dirakit di lokasi, dengan masa konstruksi yang singkat dan masa pakai yang lama, yang menciptakan kondisi untuk konstruksi rumah kaca prefabrikasi yang ringan, disederhanakan dan dirakit dengan cepat, dan dapat sangat mendorong reformasi struktural rumah kaca.Namun, ada beberapa cacat pada jenis dinding ini, seperti dinding selimut isolasi termal kapas ikatan semprot memiliki kinerja isolasi termal yang sangat baik, tetapi tidak memiliki kapasitas penyimpanan panas, dan bahan bangunan perubahan fasa memiliki masalah biaya penggunaan yang tinggi.Kedepan, penelitian aplikasi dinding rakitan harus diperkuat.

Energi baru, material baru, dan desain baru membantu perubahan struktur rumah kaca.

Riset dan inovasi energi baru dan material baru memberikan landasan bagi inovasi desain rumah kaca.Rumah kaca surya hemat energi dan gudang lengkung adalah struktur gudang terbesar dalam produksi pertanian China, dan mereka memainkan peran penting dalam produksi pertanian.Namun, dengan perkembangan ekonomi sosial China, kekurangan dari kedua jenis struktur fasilitas tersebut semakin terlihat.Pertama, ruang struktur fasilitas kecil dan tingkat mekanisasi rendah;Kedua, rumah kaca surya hemat energi memiliki isolasi termal yang baik, tetapi penggunaan lahannya rendah, yang setara dengan mengganti energi rumah kaca dengan tanah.Gudang lengkung biasa tidak hanya memiliki ruang kecil, tetapi juga memiliki isolasi termal yang buruk.Meskipun rumah kaca multi-bentang memiliki ruang yang besar, ia memiliki isolasi termal yang buruk dan konsumsi energi yang tinggi.Oleh karena itu, sangat penting untuk meneliti dan mengembangkan struktur rumah kaca yang sesuai dengan tingkat sosial dan ekonomi China saat ini, dan penelitian dan pengembangan energi baru dan material baru akan membantu perubahan struktur rumah kaca dan menghasilkan berbagai model atau struktur rumah kaca yang inovatif.

Penelitian Inovatif pada Rumah Kaca Pembuatan Bir Asimetris Bentang Besar yang Dikendalikan Air

Rumah kaca penyeduhan yang dikendalikan air asimetris bentang besar (nomor paten: ZL 201220391214.2) didasarkan pada prinsip rumah kaca sinar matahari, mengubah struktur simetris rumah kaca plastik biasa, meningkatkan bentang selatan, meningkatkan area pencahayaan atap selatan, mengurangi rentang utara dan mengurangi area pembuangan panas, dengan rentang 18~24m dan ketinggian punggungan 6~7m.Melalui inovasi desain, struktur ruang telah meningkat secara signifikan.Pada saat yang sama, masalah panas yang tidak mencukupi di rumah kaca di musim dingin dan isolasi termal yang buruk dari bahan isolasi termal umum diselesaikan dengan menggunakan teknologi baru dari panas pembuatan bir biomassa dan bahan isolasi termal.Hasil produksi dan penelitian menunjukkan bahwa rumah kaca penyeduhan yang dikendalikan air asimetris rentang besar, dengan suhu rata-rata 11,7 ℃ pada hari cerah dan 10,8 ℃ pada hari berawan, dapat memenuhi permintaan pertumbuhan tanaman di musim dingin, dan biaya konstruksi rumah kaca berkurang 39,6% dan tingkat pemanfaatan lahan meningkat lebih dari 30% dibandingkan dengan rumah kaca dinding bata polistiren, yang cocok untuk dipopulerkan dan diterapkan lebih lanjut di Cekungan Sungai Huaihe Kuning di Cina.

Rakitan rumah kaca sinar matahari

Rumah kaca sinar matahari yang dirakit mengambil kolom dan kerangka atap sebagai struktur penahan beban, dan bahan dindingnya terutama adalah selungkup insulasi panas, bukan bantalan dan penyimpanan dan pelepasan panas pasif.Terutama: (1) tipe baru dinding rakitan dibentuk dengan menggabungkan berbagai bahan seperti film berlapis atau pelat baja berwarna, blok jerami, selimut insulasi termal fleksibel, blok mortar, dll. (2) papan dinding komposit yang terbuat dari papan semen prefabrikasi -papan semen-papan polistiren;(3) Jenis bahan insulasi termal yang ringan dan sederhana dengan sistem penyimpanan dan pelepasan panas aktif dan sistem dehumidifikasi, seperti penyimpanan panas ember plastik persegi dan penyimpanan panas pipa.Menggunakan bahan insulasi panas baru yang berbeda dan bahan penyimpan panas alih-alih dinding bumi tradisional untuk membangun rumah kaca surya memiliki ruang besar dan teknik sipil kecil.Hasil percobaan menunjukkan bahwa suhu rumah kaca pada malam hari di musim dingin adalah 4,5 ℃ lebih tinggi daripada rumah kaca dinding bata tradisional, dan ketebalan dinding belakang adalah 166mm.Dibandingkan dengan rumah kaca dinding bata setebal 600mm, area dinding yang ditempati berkurang 72%, dan biaya per meter persegi adalah 334,5 yuan, yang 157,2 yuan lebih rendah daripada rumah kaca dinding bata, dan biaya konstruksi telah menurun secara signifikan.Oleh karena itu, rumah kaca rakitan memiliki keunggulan berupa kerusakan lahan yang kurang diolah, penghematan lahan, kecepatan konstruksi yang cepat, dan masa pakai yang lama, dan merupakan arah utama untuk inovasi dan pengembangan rumah kaca surya saat ini dan di masa depan.

Geser rumah kaca sinar matahari

Rumah kaca surya hemat energi rakitan skateboard yang dikembangkan oleh Universitas Pertanian Shenyang menggunakan dinding belakang rumah kaca surya untuk membentuk sistem penyimpanan panas dinding sirkulasi air untuk menyimpan panas dan menaikkan suhu, yang terutama terdiri dari kolam (32m³), pelat pengumpul cahaya (360m²), pompa air, pipa air dan pengontrol.Selimut insulasi termal fleksibel diganti dengan bahan pelat baja berwarna wol batu ringan baru di bagian atas.Penelitian menunjukkan bahwa desain ini secara efektif memecahkan masalah atap pelana yang menghalangi cahaya, dan meningkatkan area masuknya cahaya ke dalam rumah kaca.Sudut pencahayaan rumah kaca adalah 41,5°, yang hampir 16° lebih tinggi daripada rumah kaca kontrol, sehingga meningkatkan laju pencahayaan.Distribusi suhu dalam ruangan seragam, dan tanaman tumbuh dengan rapi.Rumah kaca memiliki keunggulan dalam meningkatkan efisiensi penggunaan lahan, merancang ukuran rumah kaca secara fleksibel dan mempersingkat masa konstruksi, yang sangat penting untuk melindungi sumber daya lahan dan lingkungan yang dibudidayakan.

Rumah kaca fotovoltaik

Rumah kaca pertanian adalah rumah kaca yang mengintegrasikan pembangkit listrik fotovoltaik surya, kontrol suhu cerdas, dan penanaman teknologi tinggi modern.Ini mengadopsi kerangka tulang baja dan ditutupi dengan modul fotovoltaik surya untuk memastikan persyaratan pencahayaan modul pembangkit listrik fotovoltaik dan persyaratan pencahayaan seluruh rumah kaca.Arus searah yang dihasilkan oleh energi matahari secara langsung melengkapi cahaya rumah kaca pertanian, secara langsung mendukung pengoperasian normal peralatan rumah kaca, mendorong irigasi sumber daya air, meningkatkan suhu rumah kaca dan mendorong pertumbuhan tanaman yang cepat.Modul fotovoltaik dengan cara ini akan mempengaruhi efisiensi pencahayaan atap rumah kaca, dan kemudian mempengaruhi pertumbuhan normal sayuran rumah kaca.Oleh karena itu, tata letak panel fotovoltaik yang rasional di atap rumah kaca menjadi titik kunci penerapannya.Rumah kaca pertanian adalah produk dari kombinasi organik pertanian tamasya dan fasilitas berkebun, dan merupakan industri pertanian inovatif yang mengintegrasikan pembangkit listrik fotovoltaik, tamasya pertanian, tanaman pertanian, teknologi pertanian, lanskap, dan pengembangan budaya.

Desain inovatif kelompok rumah kaca dengan interaksi energi di antara berbagai jenis rumah kaca

Guo Wenzhong, seorang peneliti di Akademi Ilmu Pertanian dan Kehutanan Beijing, menggunakan metode pemanasan transfer energi antar rumah kaca untuk mengumpulkan energi panas yang tersisa di satu atau lebih rumah kaca untuk memanaskan rumah kaca lainnya atau lebih.Metode pemanasan ini mewujudkan transfer energi rumah kaca dalam ruang dan waktu, meningkatkan efisiensi pemanfaatan energi dari energi panas rumah kaca yang tersisa, dan mengurangi total konsumsi energi pemanasan.Kedua jenis rumah kaca tersebut dapat berupa jenis rumah kaca yang berbeda atau jenis rumah kaca yang sama untuk penanaman berbagai tanaman, seperti selada dan rumah kaca tomat.Metode pengumpulan panas terutama mencakup ekstraksi panas udara dalam ruangan dan secara langsung mencegat radiasi insiden.Melalui pengumpulan energi matahari, konveksi paksa oleh penukar panas dan ekstraksi paksa dengan pompa panas, kelebihan panas di rumah kaca berenergi tinggi diekstraksi untuk memanaskan rumah kaca.

meringkaskan

Rumah kaca surya baru ini memiliki keunggulan perakitan cepat, periode konstruksi yang lebih singkat, dan tingkat pemanfaatan lahan yang lebih baik.Oleh karena itu, perlu untuk mengeksplorasi lebih lanjut kinerja rumah kaca baru ini di berbagai area, dan memberikan kemungkinan untuk mempopulerkan dan menerapkan rumah kaca baru dalam skala besar.Pada saat yang sama, perlu untuk terus memperkuat penerapan energi baru dan material baru di rumah kaca, sehingga dapat memberikan kekuatan untuk reformasi struktural rumah kaca.

Prospek dan pemikiran masa depan

Rumah kaca tradisional seringkali memiliki beberapa kelemahan, seperti konsumsi energi yang tinggi, tingkat pemanfaatan lahan yang rendah, memakan waktu dan tenaga kerja, kinerja yang buruk, dll., Yang tidak dapat lagi memenuhi kebutuhan produksi pertanian modern, dan harus secara bertahap dihilangkan.Oleh karena itu, tren pengembangan untuk menggunakan sumber energi baru seperti energi matahari, energi biomassa, energi panas bumi dan energi angin, bahan aplikasi rumah kaca baru dan desain baru untuk mempromosikan perubahan struktural rumah kaca.Pertama-tama, rumah kaca baru yang digerakkan oleh energi baru dan material baru seharusnya tidak hanya memenuhi kebutuhan operasi mekanis, tetapi juga menghemat energi, lahan, dan biaya.Kedua, perlu untuk terus mengeksplorasi kinerja rumah kaca baru di berbagai area, untuk menyediakan kondisi untuk mempopulerkan rumah kaca dalam skala besar.Di masa depan, kita harus mencari lebih lanjut energi baru dan material baru yang cocok untuk aplikasi rumah kaca, dan menemukan kombinasi terbaik dari energi baru, material baru, dan rumah kaca, sehingga memungkinkan untuk membangun rumah kaca baru dengan biaya rendah, konstruksi singkat periode, konsumsi energi yang rendah dan kinerja yang sangat baik, membantu perubahan struktur rumah kaca dan mempromosikan pengembangan modernisasi rumah kaca di Cina.

Meskipun penerapan energi baru, material baru, dan desain baru dalam konstruksi rumah kaca merupakan tren yang tak terhindarkan, masih banyak masalah yang harus dipelajari dan diatasi: (1) Biaya konstruksi meningkat.Dibandingkan dengan pemanasan tradisional dengan batu bara, gas alam atau minyak, penerapan energi baru dan material baru ramah lingkungan dan bebas polusi, tetapi biaya konstruksi meningkat secara signifikan, yang berdampak tertentu pada pemulihan investasi produksi dan operasi. .Dibandingkan dengan pemanfaatan energi, biaya material baru akan meningkat secara signifikan.(2) Pemanfaatan energi panas yang tidak stabil.Keuntungan terbesar pemanfaatan energi baru adalah biaya operasi yang rendah dan emisi karbon dioksida yang rendah, tetapi pasokan energi dan panas tidak stabil, dan hari mendung menjadi faktor pembatas terbesar dalam pemanfaatan energi surya.Dalam proses produksi panas biomassa melalui fermentasi, pemanfaatan energi ini secara efektif dibatasi oleh masalah energi panas fermentasi yang rendah, pengelolaan dan kontrol yang sulit, dan ruang penyimpanan yang besar untuk transportasi bahan mentah.(3) Kematangan teknologi.Teknologi yang digunakan oleh energi baru dan material baru ini adalah penelitian lanjutan dan pencapaian teknologi, dan area serta cakupan penerapannya masih sangat terbatas.Mereka belum lulus berkali-kali, banyak situs dan verifikasi praktik skala besar, dan pasti ada beberapa kekurangan dan konten teknis yang perlu diperbaiki dalam penerapannya.Pengguna sering menolak kemajuan teknologi karena kekurangan kecil.(4) Tingkat penetrasi teknologi rendah.Penerapan luas pencapaian ilmiah dan teknologi membutuhkan popularitas tertentu.Saat ini, energi baru, teknologi baru, dan teknologi desain rumah kaca baru semuanya ada dalam tim pusat penelitian ilmiah di universitas dengan kemampuan inovasi tertentu, dan sebagian besar peminta atau perancang teknis masih belum tahu;Pada saat yang sama, pemasyarakatan dan penerapan teknologi baru masih sangat terbatas karena peralatan inti dari teknologi baru tersebut telah dipatenkan.(5) Integrasi energi baru, material baru, dan desain struktur rumah kaca perlu lebih diperkuat.Karena energi, bahan, dan desain struktur rumah kaca termasuk dalam tiga disiplin ilmu yang berbeda, talenta dengan pengalaman desain rumah kaca sering kali kekurangan penelitian tentang energi dan bahan terkait rumah kaca, dan sebaliknya;Oleh karena itu, para peneliti yang terkait dengan penelitian energi dan material perlu memperkuat penyelidikan dan pemahaman tentang kebutuhan aktual pengembangan industri rumah kaca, dan perancang struktural juga harus mempelajari material baru dan energi baru untuk mempromosikan integrasi mendalam dari ketiga hubungan tersebut, sehingga dapat mencapai tujuan dari teknologi penelitian rumah kaca praktis, biaya konstruksi rendah dan efek penggunaan yang baik.Berdasarkan permasalahan di atas, disarankan agar negara, pemerintah daerah dan pusat-pusat penelitian ilmiah mengintensifkan penelitian teknis, melakukan penelitian bersama secara mendalam, memperkuat publisitas prestasi iptek, meningkatkan pemasyarakatan prestasi, dan segera mewujudkan tujuan energi baru dan material baru untuk membantu perkembangan baru industri rumah kaca.

Informasi yang dikutip

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Energi baru, material baru, dan desain baru membantu revolusi baru rumah kaca [J].Sayuran, 2022,(10):1-8.