Li Jianming, Sun Guotao, etc.Tecnologia de engenharia agrícola de horticultura com efeito de estufa21/11/2022 17:42 Publicado em Pequim

Nos últimos anos, a indústria de estufas desenvolveu-se vigorosamente.O desenvolvimento de estufas não só melhora a taxa de utilização da terra e a taxa de produção de produtos agrícolas, mas também resolve o problema de abastecimento de frutas e vegetais na entressafra.No entanto, a estufa também encontrou desafios sem precedentes.As instalações originais, métodos de aquecimento e formas estruturais produziram resistência ao meio ambiente e ao desenvolvimento.Novos materiais e novos designs são urgentemente necessários para mudar a estrutura da estufa, e novas fontes de energia são urgentemente necessárias para atingir os objetivos de conservação de energia e proteção ambiental e aumentar a produção e a renda.

Este artigo discute o tema “nova energia, novos materiais, novo design para ajudar a nova revolução do efeito estufa”, incluindo a pesquisa e inovação de energia solar, energia de biomassa, energia geotérmica e outras novas fontes de energia em efeito estufa, a pesquisa e aplicação de novos materiais para coberturas, isolamentos térmicos, paredes e outros equipamentos, e prospectar o futuro e pensar em novas energias, novos materiais e novos designs para ajudar na reforma de estufas, de forma a servir de referência para a indústria.

O desenvolvimento da agricultura de instalações é o requisito político e a escolha inevitável para implementar o espírito das instruções importantes e a tomada de decisões do governo central.Em 2020, a área total de agricultura protegida na China será de 2,8 milhões de hm2 e o valor da produção ultrapassará 1 trilhão de yuans.É uma maneira importante de melhorar a capacidade de produção da estufa para melhorar a iluminação da estufa e o desempenho do isolamento térmico por meio de nova energia, novos materiais e novo design de estufa.Existem muitas desvantagens na produção tradicional de estufas, como carvão, óleo combustível e outras fontes de energia usadas para aquecimento e aquecimento em estufas tradicionais, resultando em uma grande quantidade de gás dióxido, que polui gravemente o meio ambiente, enquanto o gás natural, energia elétrica e outras fontes de energia aumentam o custo operacional das estufas.Os materiais tradicionais de armazenamento de calor para paredes de estufas são principalmente argila e tijolos, que consomem muito e causam sérios danos aos recursos da terra.A eficiência de uso da terra da estufa solar tradicional com parede de terra é de apenas 40% ~ 50%, e a estufa comum tem baixa capacidade de armazenamento de calor, por isso não pode sobreviver ao inverno para produzir vegetais quentes no norte da China.Portanto, o núcleo da promoção da mudança de efeito estufa, ou pesquisa básica, está no projeto de estufa, pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e nova energia.Este artigo se concentrará na pesquisa e inovação de novas fontes de energia em estufa, resumindo o status de pesquisa de novas fontes de energia, como energia solar, energia de biomassa, energia geotérmica, energia eólica e novos materiais de cobertura transparente, materiais de isolamento térmico e materiais de parede em estufa, analise a aplicação de nova energia e novos materiais na construção de uma nova estufa e espere seu papel no futuro desenvolvimento e transformação da estufa.

Pesquisa e Inovação de Nova Energia com Efeito de Estufa

A nova energia verde com maior potencial de utilização agrícola inclui energia solar, energia geotérmica e energia de biomassa, ou utilização abrangente de uma variedade de novas fontes de energia, de modo a alcançar o uso eficiente de energia aprendendo com os pontos fortes de cada um.

energia/potência solar

A tecnologia de energia solar é um modo de fornecimento de energia de baixo carbono, eficiente e sustentável, e é um componente importante das indústrias emergentes estratégicas da China.Será uma escolha inevitável para a transformação e atualização da estrutura energética da China no futuro.Do ponto de vista da utilização de energia, a própria estufa é uma estrutura de instalação para utilização de energia solar.Através do efeito estufa, a energia solar é coletada dentro de casa, a temperatura da estufa é elevada e o calor necessário para o crescimento da plantação é fornecido.A principal fonte de energia da fotossíntese das plantas de efeito estufa é a luz solar direta, que é a utilização direta da energia solar.

01 Geração de energia fotovoltaica para geração de calor

A geração de energia fotovoltaica é uma tecnologia que converte diretamente a energia luminosa em energia elétrica com base no efeito fotovoltaico.O elemento chave desta tecnologia é a célula solar.Quando a energia solar incide sobre a matriz de painéis solares em série ou em paralelo, os componentes semicondutores convertem diretamente a energia da radiação solar em energia elétrica.A tecnologia fotovoltaica pode converter diretamente a energia da luz em energia elétrica, armazenar eletricidade por meio de baterias e aquecer a estufa à noite, mas seu alto custo restringe seu desenvolvimento posterior.O grupo de pesquisa desenvolveu um dispositivo de aquecimento de grafeno fotovoltaico, que consiste em painéis fotovoltaicos flexíveis, uma máquina de controle reverso tudo-em-um, uma bateria de armazenamento e uma haste de aquecimento de grafeno.De acordo com o comprimento da linha de plantio, a haste de aquecimento de grafeno é enterrada sob o saco de substrato.Durante o dia, os painéis fotovoltaicos absorvem a radiação solar para gerar eletricidade e armazená-la na bateria de armazenamento e, à noite, a eletricidade é liberada para a haste de aquecimento de grafeno.Na medição real, é adotado o modo de controle de temperatura começando em 17℃ e fechando em 19℃.Funcionando à noite (20:00-08:00 no segundo dia) por 8 horas, o consumo de energia para aquecer uma única fileira de plantas é de 1,24 kW·h, e a temperatura média do saco de substrato à noite é de 19,2℃, que é 3,5 ~ 5,3℃ maior que o do controle.Este método de aquecimento combinado com geração de energia fotovoltaica resolve os problemas de alto consumo de energia e alta poluição no aquecimento de estufas no inverno.

02 conversão e utilização fototérmica

A conversão solar fototérmica refere-se ao uso de uma superfície especial de coleta de luz solar feita de materiais de conversão fototérmica para coletar e absorver o máximo possível de energia solar irradiada e convertê-la em energia térmica.Em comparação com as aplicações solares fotovoltaicas, as aplicações solares fototérmicas aumentam a absorção da banda do infravermelho próximo, por isso tem maior eficiência de utilização de energia da luz solar, menor custo e tecnologia madura, e é a forma mais utilizada de utilização de energia solar.

A tecnologia mais madura de conversão e utilização fototérmica na China é o coletor solar, cujo componente principal é o núcleo da placa de absorção de calor com revestimento de absorção seletiva, que pode converter a energia da radiação solar que passa pela placa de cobertura em energia térmica e transmitir para o meio de trabalho absorvente de calor.Os coletores solares podem ser divididos em duas categorias, conforme haja ou não espaço para vácuo no coletor: coletores solares planos e coletores solares tubulares a vácuo;coletores solares concentradores e coletores solares não concentradores de acordo com a mudança de direção da radiação solar no porto de iluminação natural;e coletores solares líquidos e coletores solares de ar de acordo com o tipo de meio de trabalho de transferência de calor.

A utilização de energia solar em estufa é realizada principalmente através de vários tipos de coletores solares.A Universidade Ibn Zor, no Marrocos, desenvolveu um sistema ativo de aquecimento por energia solar (ASHS) para o aquecimento do efeito estufa, que pode aumentar a produção total de tomate em 55% no inverno.A Universidade Agrícola da China projetou e desenvolveu um conjunto de sistema de coleta e descarga de ventilador de resfriamento de superfície, com uma capacidade de coleta de calor de 390,6～693,0 MJ, e apresentou a ideia de separar o processo de coleta de calor do processo de armazenamento de calor por bomba de calor.A Universidade de Bari, na Itália, desenvolveu um sistema de aquecimento de poligeração com efeito de estufa, que consiste em um sistema de energia solar e uma bomba de calor ar-água, e pode aumentar a temperatura do ar em 3,6% e a temperatura do solo em 92%.O grupo de pesquisa desenvolveu um tipo de equipamento de coleta de calor solar ativo com ângulo de inclinação variável para estufa solar e um dispositivo de armazenamento de calor de suporte para corpo de água de estufa em todo o clima.A tecnologia ativa de coleta de calor solar com inclinação variável rompe as limitações dos equipamentos tradicionais de coleta de calor em estufa, como capacidade limitada de coleta de calor, sombreamento e ocupação de terras cultivadas.Ao usar a estrutura especial de estufa da estufa solar, o espaço sem plantio da estufa é totalmente utilizado, o que melhora muito a eficiência de utilização do espaço da estufa.Sob condições típicas de trabalho ensolarado, o sistema ativo de coleta de calor solar com inclinação variável atinge 1,9 MJ/(m2h), a eficiência de utilização de energia atinge 85,1% e a taxa de economia de energia é de 77%.Na tecnologia de armazenamento de calor em estufa, a estrutura de armazenamento de calor de mudança multifásica é definida, a capacidade de armazenamento de calor do dispositivo de armazenamento de calor é aumentada e a liberação lenta de calor do dispositivo é realizada, de modo a realizar o uso eficiente de o calor coletado pelo equipamento de coleta de calor solar com efeito de estufa.

energia de biomassa

Uma nova estrutura de instalação é construída combinando o dispositivo de produção de calor de biomassa com a estufa, e as matérias-primas de biomassa, como esterco de porco, resíduo de cogumelo e palha, são compostadas para produzir calor, e a energia térmica gerada é fornecida diretamente à estufa [ 5].Em comparação com a estufa sem tanque de aquecimento de fermentação de biomassa, a estufa de aquecimento pode efetivamente aumentar a temperatura do solo na estufa e manter a temperatura adequada das raízes das culturas cultivadas no solo em clima normal no inverno.Tomando como exemplo uma estufa de isolamento térmico assimétrico de camada única com um vão de 17m e um comprimento de 30m, adicionando 8m de resíduos agrícolas (palha de tomate e esterco de porco misturados) no tanque de fermentação interno para fermentação natural sem virar a pilha pode aumentar a temperatura média diária da estufa em 4,2℃ no inverno, e a temperatura mínima diária média pode chegar a 4,6℃.

A utilização de energia da fermentação controlada por biomassa é um método de fermentação que utiliza instrumentos e equipamentos para controlar o processo de fermentação, a fim de obter rapidamente e utilizar eficientemente a energia térmica da biomassa e o fertilizante de gás CO2, entre os quais a ventilação e a umidade são os fatores-chave para regular o calor da fermentação e produção de gás de biomassa.Sob condições ventiladas, os microorganismos aeróbicos na pilha de fermentação usam oxigênio para atividades vitais, e parte da energia gerada é usada para suas próprias atividades vitais, e parte da energia é liberada no ambiente como energia térmica, o que é benéfico para a temperatura ascensão do meio ambiente.A água participa de todo o processo de fermentação, fornecendo os nutrientes solúveis necessários para as atividades microbianas e, ao mesmo tempo, liberando o calor da pilha na forma de vapor através da água, de modo a reduzir a temperatura da pilha, prolongar a vida útil dos microorganismos e aumentar a temperatura da pilha.A instalação do dispositivo de lixiviação de palha no tanque de fermentação pode aumentar a temperatura interna em 3 ~ 5℃ no inverno, fortalecer a fotossíntese da planta e aumentar o rendimento do tomate em 29,6%.

Energia geotérmica

A China é rica em recursos geotérmicos.Atualmente, a maneira mais comum de as instalações agrícolas utilizarem energia geotérmica é usar uma bomba de calor de fonte subterrânea, que pode transferir de energia térmica de baixo grau para energia térmica de alto grau, inserindo uma pequena quantidade de energia de alto grau (como Energia elétrica).Diferente das medidas tradicionais de aquecimento em estufa, o aquecimento por bomba de calor geotérmica pode não apenas atingir um efeito de aquecimento significativo, mas também tem a capacidade de resfriar a estufa e reduzir a umidade na estufa.A pesquisa de aplicação da bomba de calor geotérmica no campo da construção de moradias está madura.A parte principal que afeta a capacidade de aquecimento e resfriamento da bomba de calor de fonte subterrânea é o módulo de troca de calor subterrâneo, que inclui principalmente tubos enterrados, poços subterrâneos, etc. sido o foco de pesquisa desta parte.Ao mesmo tempo, a mudança da temperatura da camada subterrânea do solo na aplicação da bomba de calor geotérmica também afeta o efeito de uso do sistema de bomba de calor.O uso da bomba de calor geotérmica para resfriar a estufa no verão e armazenar a energia térmica na camada profunda do solo pode aliviar a queda de temperatura da camada subterrânea do solo e melhorar a eficiência da produção de calor da bomba de calor geotérmica no inverno.

Atualmente, na pesquisa do desempenho e eficiência da bomba de calor geotérmica, através dos dados experimentais reais, um modelo numérico é estabelecido com software como TOUGH2 e TRNSYS, e conclui-se que o desempenho do aquecimento e o coeficiente de desempenho (COP ) da bomba de calor geotérmica pode atingir 3,0 ~ 4,5, o que tem um bom efeito de resfriamento e aquecimento.Na pesquisa da estratégia de operação do sistema de bomba de calor, Fu Yunzhun e outros descobriram que, em comparação com o fluxo do lado da carga, o fluxo do lado da fonte terrestre tem um impacto maior no desempenho da unidade e no desempenho da transferência de calor do tubo enterrado .Sob a condição de ajuste de fluxo, o valor COP máximo da unidade pode chegar a 4,17 adotando o esquema de operação de operação por 2 horas e parada por 2 horas;Shi Huixian et.adotou um modo de operação intermitente do sistema de resfriamento de armazenamento de água.No verão, quando a temperatura é alta, o COP de todo o sistema de abastecimento de energia pode chegar a 3,80.

Tecnologia de armazenamento de calor em solo profundo em estufa

O armazenamento de calor em solo profundo em estufa também é chamado de “banco de armazenamento de calor” em estufa.Os danos causados ​​pelo frio no inverno e as altas temperaturas no verão são os principais obstáculos à produção de estufas.Com base na forte capacidade de armazenamento de calor do solo profundo, o grupo de pesquisa projetou um dispositivo subterrâneo de armazenamento de calor profundo com efeito de estufa.O dispositivo é um duto de transferência de calor paralelo de camada dupla enterrado a uma profundidade de 1,5 a 2,5 m no subsolo da estufa, com uma entrada de ar no topo da estufa e uma saída de ar no solo.Quando a temperatura na estufa é alta, o ar interno é bombeado à força para o solo por um ventilador para realizar o armazenamento de calor e a redução da temperatura.Quando a temperatura da estufa é baixa, o calor é extraído do solo para aquecer a estufa.Os resultados de produção e aplicação mostram que o dispositivo pode aumentar a temperatura da estufa em 2,3 ℃ na noite de inverno, reduzir a temperatura interna em 2,6 ℃ no dia de verão e aumentar a produção de tomate em 1500 kg em 667 m².O dispositivo faz pleno uso das características de “quente no inverno e fresco no verão” e “temperatura constante” do solo subterrâneo profundo, fornece um “banco de acesso de energia” para a estufa e completa continuamente as funções auxiliares de resfriamento e aquecimento da estufa .

Coordenação multienergética

O uso de dois ou mais tipos de energia para aquecer a estufa pode efetivamente compensar as desvantagens de um único tipo de energia e dar lugar ao efeito de superposição de “um mais um é maior que dois”.A cooperação complementar entre energia geotérmica e energia solar é um foco de pesquisa da utilização de novas energias na produção agrícola nos últimos anos.Emmi et.estudaram um sistema de energia de múltiplas fontes (Figura 1), que é equipado com um coletor solar híbrido fotovoltaico-térmico.Comparado com o sistema comum de bomba de calor ar-água, a eficiência energética do sistema de energia multifonte é melhorada em 16% ~ 25%.Zheng et.desenvolveu um novo tipo de sistema de armazenamento de calor acoplado de energia solar e bomba de calor geotérmica.O sistema coletor solar pode realizar armazenamento sazonal de aquecimento de alta qualidade, ou seja, aquecimento de alta qualidade no inverno e resfriamento de alta qualidade no verão.O trocador de calor de tubo enterrado e o tanque de armazenamento de calor intermitente podem funcionar bem no sistema, e o valor COP do sistema pode chegar a 6,96.

Combinado com a energia solar, visa reduzir o consumo de energia comercial e aumentar a estabilidade do fornecimento de energia solar na estufa.Wan Ya et.apresentar um novo esquema de tecnologia de controle inteligente de combinação de geração de energia solar com energia comercial para aquecimento de estufa, que pode fazer uso de energia fotovoltaica quando há luz e transformá-la em energia comercial quando não há luz, reduzindo bastante a escassez de energia de carga taxa, e reduzindo o custo econômico sem o uso de baterias.

Energia solar, energia de biomassa e energia elétrica podem aquecer conjuntamente estufas, que também podem atingir alta eficiência de aquecimento.Zhang Liangrui e outros combinaram a coleta de calor de tubo de vácuo solar com tanque de água de armazenamento de calor de eletricidade de vale.O sistema de aquecimento em estufa apresenta bom conforto térmico, sendo que a eficiência média de aquecimento do sistema é de 68,70%.O tanque de água de armazenamento de calor elétrico é um dispositivo de armazenamento de água de aquecimento de biomassa com aquecimento elétrico.A temperatura mais baixa de entrada de água no final do aquecimento é definida e a estratégia de operação do sistema é determinada de acordo com a temperatura de armazenamento de água da parte de coleta de calor solar e da parte de armazenamento de calor de biomassa, de modo a atingir uma temperatura de aquecimento estável no final de aquecimento e economizar energia elétrica e materiais de energia de biomassa ao máximo.

Pesquisa Inovadora e Aplicação de Novos Materiais de Efeito Estufa

Com a expansão da área da estufa, as desvantagens da aplicação de materiais tradicionais de estufa, como tijolos e solo, são cada vez mais reveladas.Portanto, a fim de melhorar ainda mais o desempenho térmico da estufa e atender às necessidades de desenvolvimento da estufa moderna, existem muitas pesquisas e aplicações de novos materiais de cobertura transparente, materiais de isolamento térmico e materiais de parede.

Pesquisa e aplicação de novos materiais de cobertura transparente

Os tipos de materiais de cobertura transparente para estufa incluem principalmente filme plástico, vidro, painel solar e painel fotovoltaico, entre os quais o filme plástico tem a maior área de aplicação.O filme PE de estufa tradicional tem defeitos de vida útil curta, não degradação e função única.Atualmente, uma variedade de novos filmes funcionais foi desenvolvida pela adição de reagentes ou revestimentos funcionais.

Filme de conversão de luz:O filme de conversão de luz altera as propriedades ópticas do filme usando agentes de conversão de luz, como terras raras e nano materiais, e pode converter a região de luz ultravioleta em luz laranja vermelha e luz violeta azul exigida pela fotossíntese da planta, aumentando assim o rendimento da colheita e reduzindo os danos da luz ultravioleta às plantações e filmes de efeito estufa em estufas de plástico.Por exemplo, o filme de efeito estufa roxo-a-vermelho de banda larga com agente de conversão de luz VTR-660 pode melhorar significativamente a transmitância infravermelha quando aplicado em estufa e, em comparação com a estufa de controle, o rendimento de tomate por hectare, vitamina C e teor de licopeno são significativamente aumentados em 25,71%, 11,11% e 33,04%, respectivamente.No entanto, atualmente, a vida útil, a degradabilidade e o custo do novo filme de conversão de luz ainda precisam ser estudados.

vidro espalhado: O vidro espalhado na estufa é um padrão especial e tecnologia anti-reflexo na superfície do vidro, que pode maximizar a luz solar em luz dispersa e entrar na estufa, melhorar a eficiência da fotossíntese das culturas e aumentar o rendimento das culturas.O vidro de dispersão transforma a luz que entra na estufa em luz dispersa através de padrões especiais, e a luz dispersa pode ser irradiada de maneira mais uniforme na estufa, eliminando a influência da sombra do esqueleto na estufa.Comparado com o vidro float comum e o vidro float ultra-branco, o padrão de transmissão de luz do vidro de dispersão é de 91,5% e o do vidro float comum é de 88%.Para cada aumento de 1% na transmissão de luz dentro da estufa, o rendimento pode ser aumentado em cerca de 3%, e o açúcar solúvel e a vitamina C nas frutas e vegetais aumentaram.O vidro de dispersão em estufa é revestido primeiro e depois temperado, e a taxa de auto-explosão é maior que o padrão nacional, atingindo 2‰.

Pesquisa e Aplicação de Novos Materiais de Isolamento Térmico

Os materiais tradicionais de isolamento térmico em estufa incluem principalmente tapete de palha, colcha de papel, colcha de feltro agulhado, etc., que são usados ​​principalmente para isolamento térmico interno e externo de telhados, isolamento de paredes e isolamento térmico de alguns dispositivos de armazenamento e coleta de calor .A maioria deles tem o defeito de perder o desempenho do isolamento térmico devido à umidade interna após uso prolongado.Portanto, existem muitas aplicações de novos materiais de alto isolamento térmico, entre os quais a nova colcha de isolamento térmico, armazenamento de calor e dispositivos de coleta de calor são o foco de pesquisa.

Novos materiais de isolamento térmico são geralmente feitos processando e combinando materiais à prova d'água e resistentes ao envelhecimento, como filme tecido e feltro revestido com materiais de isolamento térmico macios, como algodão revestido por spray, caxemira diversa e algodão pérola.Uma colcha de isolamento térmico de algodão revestida com película de tecido foi testada no nordeste da China.Verificou-se que a adição de 500 g de algodão revestido com spray foi equivalente ao desempenho de isolamento térmico de 4.500 g de colcha de isolamento térmico de feltro preto no mercado.Sob as mesmas condições, o desempenho do isolamento térmico de 700g de algodão revestido com spray foi melhorado em 1 ~ 2℃ em comparação com o da colcha de isolamento térmico de algodão revestido com 500g.Ao mesmo tempo, outros estudos também descobriram que, em comparação com as mantas de isolamento térmico comumente usadas no mercado, o efeito de isolamento térmico do algodão revestido com spray e diversas mantas de isolamento térmico de caxemira é melhor, com taxas de isolamento térmico de 84,0% e 83,3 %respectivamente.Quando a temperatura externa mais baixa é de -24,4 ℃, a temperatura interna pode atingir 5,4 e 4,2 ℃, respectivamente.Comparado com a colcha de isolamento de palha simples, a nova colcha de isolamento composto tem as vantagens de peso leve, alta taxa de isolamento, forte resistência à água e ao envelhecimento e pode ser usada como um novo tipo de material de isolamento de alta eficiência para estufas solares.

Ao mesmo tempo, de acordo com a pesquisa de materiais de isolamento térmico para dispositivos de coleta e armazenamento de calor em estufa, também se descobriu que, quando a espessura é a mesma, os materiais de isolamento térmico composto multicamada têm melhor desempenho de isolamento térmico do que os materiais individuais.A equipe do professor Li Jianming da Northwest A&F University projetou e examinou 22 tipos de materiais de isolamento térmico de dispositivos de armazenamento de água de efeito estufa, como placa de vácuo, aerogel e algodão de borracha, e mediu suas propriedades térmicas.Os resultados mostraram que o revestimento de isolamento térmico de 80mm+aerogel+borracha-plástico de isolamento térmico de algodão pode reduzir a dissipação de calor em 0,367MJ por unidade de tempo em comparação com o algodão de borracha-plástico de 80mm, e seu coeficiente de transferência de calor foi de 0,283W/(m2 ·k) quando a espessura da combinação de isolamento era de 100mm.

O material de mudança de fase é um dos pontos quentes na pesquisa de materiais para estufas.A Northwest A&F University desenvolveu dois tipos de dispositivos de armazenamento de material de mudança de fase: um é uma caixa de armazenamento feita de polietileno preto, que tem um tamanho de 50 cm × 30 cm × 14 cm (comprimento × altura × espessura) e é preenchida com materiais de mudança de fase, então que pode armazenar calor e liberar calor;Em segundo lugar, um novo tipo de wallboard de mudança de fase é desenvolvido.O wallboard de mudança de fase consiste em material de mudança de fase, placa de alumínio, placa de alumínio-plástico e liga de alumínio.O material de mudança de fase está localizado na posição mais central do wallboard e sua especificação é de 200 mm × 200 mm × 50 mm.É um sólido pulverulento antes e depois da mudança de fase, e não há fenômeno de fusão ou fluxo.As quatro paredes do material de mudança de fase são placas de alumínio e placas de alumínio-plástico, respectivamente.Este dispositivo pode realizar as funções de armazenar calor principalmente durante o dia e liberar calor principalmente à noite.

Portanto, existem alguns problemas na aplicação de material de isolamento térmico único, como baixa eficiência de isolamento térmico, grande perda de calor, curto tempo de armazenamento de calor, etc. Portanto, usando material de isolamento térmico composto como camada de isolamento térmico e isolamento térmico interno e externo A camada de cobertura do dispositivo de armazenamento de calor pode efetivamente melhorar o desempenho de isolamento térmico da estufa, reduzir a perda de calor da estufa e, assim, alcançar o efeito de economia de energia.

Pesquisa e Aplicação de New Wall

Como uma espécie de estrutura de fechamento, a parede é uma barreira importante para a proteção contra o frio da estufa e preservação do calor.De acordo com os materiais e estruturas da parede, o desenvolvimento da parede norte da estufa pode ser dividido em três tipos: a parede de camada única feita de solo, tijolos, etc., e a parede norte em camadas feita de tijolos de barro, tijolos de bloco, placas de poliestireno, etc., com armazenamento interno de calor e isolamento térmico externo, e a maioria dessas paredes é demorada e trabalhosa;Portanto, nos últimos anos, surgiram muitos novos tipos de paredes, fáceis de construir e adequadas para montagem rápida.

O surgimento de novos tipos de paredes montadas promove o rápido desenvolvimento de estufas montadas, incluindo novos tipos de paredes compostas com materiais de superfície externa à prova d'água e antienvelhecimento e materiais como feltro, algodão pérola, algodão espacial, algodão de vidro ou algodão reciclado como calor camadas de isolamento, como paredes flexíveis montadas de algodão colado por spray em Xinjiang.Além disso, outros estudos também relataram a parede norte da estufa montada com camada de armazenamento de calor, como o bloco de argamassa de casca de trigo cheio de tijolos em Xinjiang.No mesmo ambiente externo, quando a temperatura externa mais baixa é de -20,8 ℃, a temperatura na estufa solar com parede de bloco de argamassa de casca de trigo é de 7,5 ℃, enquanto a temperatura na estufa solar com parede de tijolo e concreto é de 3,2 ℃.O tempo de colheita do tomate em estufa de alvenaria pode ser adiantado em 16 dias, e o rendimento em estufa única pode ser aumentado em 18,4%.

A equipe de instalações da Northwest A&F University apresentou a ideia de projeto de transformar palha, solo, água, pedra e materiais de mudança de fase em módulos de isolamento térmico e armazenamento de calor a partir do ângulo de luz e design de parede simplificado, que promoveu a pesquisa de aplicação de módulos montados parede.Por exemplo, em comparação com uma estufa comum com parede de tijolos, a temperatura média na estufa é 4,0℃ maior em um dia ensolarado típico.Três tipos de módulos de cimento de mudança de fase inorgânica, que são feitos de material de mudança de fase (PCM) e cimento, acumularam calor de 74,5, 88,0 e 95,1 MJ/m³, e liberou calor de 59,8, 67,8 e 84,2 MJ/m³, respectivamente.Eles têm as funções de “corte de pico” durante o dia, “preenchimento de vale” à noite, absorvendo calor no verão e liberando calor no inverno.

Essas novas paredes são montadas no local, com curto período de construção e longa vida útil, que criam condições para a construção de estufas pré-fabricadas leves, simplificadas e de montagem rápida, podendo promover muito a reforma estrutural de estufas.No entanto, existem alguns defeitos neste tipo de parede, como a parede de colcha de isolamento térmico de algodão colado por pulverização tem excelente desempenho de isolamento térmico, mas carece de capacidade de armazenamento de calor, e o material de construção de mudança de fase tem o problema de alto custo de uso.No futuro, a pesquisa de aplicação de parede montada deve ser fortalecida.

Nova energia, novos materiais e novos designs ajudam a mudar a estrutura da estufa.

A pesquisa e inovação de novas energias e novos materiais fornecem a base para a inovação do design de estufas.A estufa solar economizadora de energia e o galpão em arco são as maiores estruturas de galpão na produção agrícola da China e desempenham um papel importante na produção agrícola.No entanto, com o desenvolvimento da economia social da China, as deficiências dos dois tipos de estruturas de instalações são cada vez mais apresentadas.Primeiro, o espaço das estruturas das instalações é pequeno e o grau de mecanização é baixo;Em segundo lugar, a estufa solar com economia de energia tem bom isolamento térmico, mas o uso da terra é baixo, o que equivale a substituir a energia da estufa por terra.O galpão de arco comum não só tem espaço pequeno, mas também tem isolamento térmico ruim.Embora a estufa de vários vãos tenha um grande espaço, ela tem um isolamento térmico ruim e alto consumo de energia.Portanto, é imperativo pesquisar e desenvolver a estrutura da estufa adequada para o atual nível social e econômico da China, e a pesquisa e desenvolvimento de novas energias e novos materiais ajudarão a mudar a estrutura da estufa e produzir uma variedade de modelos ou estruturas inovadoras de estufas.

Pesquisa Inovadora em Estufa Cervejeira Controlada por Água Assimétrica de Grande Abrangência

A estufa de fermentação controlada por água assimétrica de grande extensão (número da patente: ZL 201220391214.2) é baseada no princípio da estufa de luz solar, alterando a estrutura simétrica da estufa de plástico comum, aumentando a extensão sul, aumentando a área de iluminação do telhado sul, reduzindo o vão norte e reduzindo a área de dissipação de calor, com um vão de 18~24m e uma altura de cumeeira de 6~7m.Através da inovação do design, a estrutura espacial foi significativamente aumentada.Ao mesmo tempo, os problemas de calor insuficiente na estufa no inverno e isolamento térmico deficiente de materiais de isolamento térmico comuns são resolvidos usando a nova tecnologia de calor de fermentação de biomassa e materiais de isolamento térmico.Os resultados da produção e da pesquisa mostram que a estufa de fermentação controlada por água assimétrica de grande extensão, com uma temperatura média de 11,7 ℃ em dias ensolarados e 10,8 ℃ em dias nublados, pode atender à demanda de crescimento da colheita no inverno e ao custo de construção de a estufa é reduzida em 39,6% e a taxa de utilização da terra é aumentada em mais de 30% em comparação com a estufa de parede de tijolos de poliestireno, que é adequada para maior popularização e aplicação na bacia do rio Amarelo Huaihe, na China.

Estufa de luz solar montada

A estufa de luz solar montada leva as colunas e o esqueleto do telhado como estrutura de suporte de carga, e seu material de parede é principalmente um invólucro de isolamento térmico, em vez de rolamento e armazenamento e liberação de calor passivo.Principalmente: (1) um novo tipo de parede montada é formado pela combinação de vários materiais, como filme revestido ou chapa de aço colorida, bloco de palha, colcha de isolamento térmico flexível, bloco de argamassa, etc. (2) placa de parede composta feita de placa de cimento pré-fabricada -placa de poliestireno-placa de cimento;(3) Tipo de montagem leve e simples de materiais de isolamento térmico com sistema ativo de armazenamento e liberação de calor e sistema de desumidificação, como armazenamento de calor de balde quadrado de plástico e armazenamento de calor de tubulação.O uso de diferentes materiais de isolamento térmico e materiais de armazenamento de calor em vez da parede de terra tradicional para construir uma estufa solar tem grande espaço e pequena engenharia civil.Os resultados experimentais mostram que a temperatura da estufa à noite no inverno é 4,5 ℃ maior do que a da estufa tradicional de parede de tijolos, e a espessura da parede traseira é de 166 mm.Em comparação com a estufa de parede de tijolos de 600 mm de espessura, a área ocupada da parede é reduzida em 72% e o custo por metro quadrado é de 334,5 yuans, que é 157,2 yuans menor que o da estufa de paredes de tijolos e o custo de construção caiu significativamente.Portanto, a estufa montada tem as vantagens de menos destruição de terra cultivada, economia de terra, rápida velocidade de construção e longa vida útil, e é uma direção fundamental para a inovação e desenvolvimento de estufas solares no presente e no futuro.

Estufa deslizante de luz solar

A estufa solar de economia de energia montada em skate desenvolvida pela Shenyang Agricultural University usa a parede traseira da estufa solar para formar um sistema de armazenamento de calor de parede de circulação de água para armazenar calor e aumentar a temperatura, que é composto principalmente por uma piscina (32m³), uma placa coletora de luz (360m²), uma bomba de água, um tubo de água e um controlador.A colcha de isolamento térmico flexível é substituída por um novo material de placa de aço colorida de lã de rocha leve na parte superior.A pesquisa mostra que este projeto efetivamente resolve o problema de empenas bloqueando a luz e aumenta a área de entrada de luz da estufa.O ângulo de iluminação da estufa é de 41,5°, quase 16° maior que o da estufa de controle, melhorando assim a taxa de iluminação.A distribuição de temperatura interna é uniforme e as plantas crescem perfeitamente.A estufa tem as vantagens de melhorar a eficiência do uso da terra, projetar de forma flexível o tamanho da estufa e encurtar o período de construção, o que é de grande importância para proteger os recursos da terra cultivada e o meio ambiente.

estufa fotovoltaica

A estufa agrícola é uma estufa que integra geração de energia solar fotovoltaica, controle inteligente de temperatura e plantio moderno de alta tecnologia.Adota uma estrutura óssea de aço e é coberta com módulos solares fotovoltaicos para garantir os requisitos de iluminação dos módulos de geração de energia fotovoltaica e os requisitos de iluminação de toda a estufa.A corrente direta gerada pela energia solar complementa diretamente a luz das estufas agrícolas, suporta diretamente a operação normal do equipamento da estufa, impulsiona a irrigação dos recursos hídricos, aumenta a temperatura da estufa e promove o rápido crescimento das plantações.Os módulos fotovoltaicos dessa maneira afetarão a eficiência de iluminação do telhado da estufa e, em seguida, afetarão o crescimento normal dos vegetais da estufa.Portanto, o layout racional dos painéis fotovoltaicos no telhado da estufa torna-se o ponto-chave da aplicação.A estufa agrícola é o produto da combinação orgânica de agricultura turística e jardinagem de instalações, e é uma indústria agrícola inovadora que integra geração de energia fotovoltaica, turismo agrícola, culturas agrícolas, tecnologia agrícola, paisagismo e desenvolvimento cultural.

Projeto inovador de grupo de estufas com interação energética entre diferentes tipos de estufas

Guo Wenzhong, pesquisador da Academia de Ciências Agrícolas e Florestais de Pequim, usa o método de aquecimento de transferência de energia entre estufas para coletar a energia térmica restante em uma ou mais estufas para aquecer outra ou mais estufas.Este método de aquecimento realiza a transferência de energia de efeito estufa no tempo e no espaço, melhora a eficiência de utilização de energia da energia térmica restante do efeito estufa e reduz o consumo total de energia de aquecimento.Os dois tipos de estufas podem ser tipos diferentes de estufas ou o mesmo tipo de estufa para o plantio de várias culturas, como estufas de alface e tomate.Os métodos de coleta de calor incluem principalmente a extração de calor do ar interno e a interceptação direta da radiação incidente.Através da coleta de energia solar, convecção forçada por trocador de calor e extração forçada por bomba de calor, o calor excedente na estufa de alta energia foi extraído para estufa de aquecimento.

resumir

Estas novas estufas solares têm as vantagens de montagem rápida, período de construção reduzido e melhor taxa de utilização da terra.Portanto, é necessário explorar ainda mais o desempenho dessas novas estufas em diferentes áreas e proporcionar a possibilidade de popularização e aplicação em larga escala de novas estufas.Ao mesmo tempo, é necessário fortalecer continuamente a aplicação de novas energias e novos materiais em estufas, de modo a fornecer energia para a reforma estrutural das estufas.

Prospecção futura e pensamento

As estufas tradicionais geralmente apresentam algumas desvantagens, como alto consumo de energia, baixa taxa de utilização da terra, demorado e trabalhoso, baixo desempenho, etc., que não podem mais atender às necessidades de produção da agricultura moderna e tendem a ser gradualmente eliminado.Portanto, é uma tendência de desenvolvimento usar novas fontes de energia, como energia solar, energia de biomassa, energia geotérmica e energia eólica, novos materiais de aplicação de efeito estufa e novos designs para promover a mudança estrutural do efeito estufa.Em primeiro lugar, a nova estufa impulsionada por nova energia e novos materiais não deve apenas atender às necessidades da operação mecanizada, mas também economizar energia, terra e custos.Em segundo lugar, é preciso explorar constantemente a atuação de novas estufas em diferentes áreas, de modo a proporcionar condições para a popularização em larga escala das estufas.No futuro, devemos procurar mais energia e novos materiais adequados para aplicação em estufas e encontrar a melhor combinação de novas energias, novos materiais e estufas, de modo a tornar possível a construção de uma nova estufa com baixo custo e construção curta Período, baixo consumo de energia e excelente desempenho, ajudam a mudar a estrutura da estufa e promovem o desenvolvimento da modernização das estufas na China.

Embora a aplicação de novas energias, novos materiais e novos designs na construção de estufas seja uma tendência inevitável, ainda existem muitos problemas a serem estudados e superados: (1) O custo de construção aumenta.Em comparação com o aquecimento tradicional com carvão, gás natural ou óleo, a aplicação de novas energias e novos materiais é ecológica e livre de poluição, mas o custo de construção é significativamente aumentado, o que tem um certo impacto na recuperação do investimento de produção e operação .Comparado com a utilização de energia, o custo de novos materiais aumentará significativamente.(2) Utilização instável de energia térmica.A maior vantagem da nova utilização de energia é o baixo custo operacional e a baixa emissão de dióxido de carbono, mas o fornecimento de energia e calor é instável e os dias nublados se tornam o maior fator limitante na utilização da energia solar.No processo de produção de calor de biomassa por fermentação, a utilização efetiva dessa energia é limitada pelos problemas de baixa energia de calor de fermentação, difícil gerenciamento e controle e grande espaço de armazenamento para transporte de matérias-primas.(3) Maturidade tecnológica.Essas tecnologias usadas por novas energias e novos materiais são pesquisas avançadas e conquistas tecnológicas, e sua área de aplicação e escopo ainda são bastante limitados.Eles não passaram muitas vezes, muitos sites e verificação prática em grande escala, e inevitavelmente existem algumas deficiências e conteúdos técnicos que precisam ser aprimorados na aplicação.Os usuários muitas vezes negam o avanço da tecnologia por causa das pequenas deficiências.(4) A taxa de penetração da tecnologia é baixa.A ampla aplicação de uma conquista científica e tecnológica requer uma certa popularidade.Atualmente, novas energias, novas tecnologias e novas tecnologias de design de estufas estão todas na equipe de centros de pesquisa científica em universidades com certa capacidade de inovação, e a maioria dos demandantes técnicos ou designers ainda não sabem;Ao mesmo tempo, a popularização e aplicação de novas tecnologias ainda são bastante limitadas porque os principais equipamentos das novas tecnologias são patenteados.(5) A integração de novas energias, novos materiais e design de estrutura de estufa precisa ser fortalecida.Como a energia, os materiais e o projeto de estrutura de estufas pertencem a três disciplinas diferentes, os talentos com experiência em projetos de estufas geralmente carecem de pesquisa sobre energia e materiais relacionados a estufas e vice-versa;Portanto, os pesquisadores relacionados à pesquisa de energia e materiais precisam fortalecer a investigação e a compreensão das necessidades reais do desenvolvimento da indústria de estufas, e os projetistas estruturais também devem estudar novos materiais e novas energias para promover a profunda integração dos três relacionamentos, de modo a alcançar o objetivo da tecnologia prática de pesquisa com efeito de estufa, baixo custo de construção e bom efeito de uso.Com base nos problemas acima, sugere-se que o estado, os governos locais e os centros de pesquisa científica intensifiquem a pesquisa técnica, realizem pesquisas conjuntas em profundidade, fortaleçam a divulgação das conquistas científicas e tecnológicas, melhorem a divulgação das conquistas e realizem rapidamente o objetivo de novas energias e novos materiais para ajudar o novo desenvolvimento da indústria de efeito estufa.

Informação citada

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Nova energia, novos materiais e novo design ajudam a nova revolução da estufa [J].Hortaliças, 2022,(10):1-8.