Tecnologia de engenharia agrícola de horticultura com efeito de estufa 2022-12-02 17:30 publicada em Pequim

O desenvolvimento de estufas solares em áreas não cultivadas, como deserto, Gobi e terra arenosa, resolveu efetivamente a contradição entre alimentos e vegetais competindo por terra.É um dos fatores ambientais decisivos para o crescimento e desenvolvimento de culturas de temperatura, que muitas vezes determina o sucesso ou o fracasso da produção de culturas em estufa.Portanto, para desenvolver estufas solares em áreas não cultivadas, devemos primeiro resolver o problema de temperatura ambiental das estufas.Neste artigo, são resumidos os métodos de controle de temperatura usados ​​em estufas de terra não cultivada nos últimos anos, e os problemas existentes e direção de desenvolvimento de temperatura e proteção ambiental em estufas solares de terra não cultivada são analisados ​​e resumidos.

A China tem uma grande população e menos recursos terrestres disponíveis.Mais de 85% dos recursos de terra são recursos de terra não cultivada, que estão concentrados principalmente no noroeste da China.O Documento nº 1 do Comitê Central em 2022 apontou que o desenvolvimento da agricultura de instalação deve ser acelerado e, com base na proteção do meio ambiente ecológico, a terra desocupada explorável e o terreno baldio devem ser explorados para desenvolver a agricultura de instalação.O noroeste da China é rico em deserto, Gobi, terrenos baldios e outros recursos de terras não cultivadas e recursos naturais de luz e calor, que são adequados para o desenvolvimento da agricultura de instalações.Portanto, o desenvolvimento e utilização de recursos de terras não cultivadas para desenvolver estufas de terras não cultivadas é de grande importância estratégica para garantir a segurança alimentar nacional e aliviar os conflitos de uso da terra.

Atualmente, a estufa solar não cultivada é a principal forma de desenvolvimento agrícola de alta eficiência em terras não cultivadas.No noroeste da China, a diferença de temperatura entre o dia e a noite é grande e a temperatura noturna no inverno é baixa, o que geralmente leva ao fenômeno de que a temperatura mínima interna é menor que a temperatura necessária para o crescimento e desenvolvimento normais de plantações.A temperatura é um dos fatores ambientais indispensáveis ​​para o crescimento e desenvolvimento das culturas.A temperatura muito baixa retardará a reação fisiológica e bioquímica das culturas e retardará seu crescimento e desenvolvimento.Quando a temperatura é inferior ao limite que as culturas podem suportar, pode até levar a lesões por congelamento.Portanto, é particularmente importante garantir a temperatura necessária para o crescimento e desenvolvimento normal das culturas.Para manter a temperatura adequada da estufa solar, não é uma medida única que pode ser resolvida.Precisa ser garantido desde os aspectos de projeto de estufa, construção, seleção de materiais, regulamentação e gerenciamento diário.Portanto, este artigo irá resumir o status da pesquisa e o progresso do controle de temperatura de estufas não cultivadas na China nos últimos anos a partir dos aspectos de projeto e construção de estufas, preservação de calor e medidas de aquecimento e gestão ambiental, de modo a fornecer uma referência sistemática para o design racional e gestão de estufas não cultivadas.

Estrutura e materiais da estufa

O ambiente térmico da estufa depende principalmente da capacidade de transmissão, interceptação e armazenamento da estufa para a radiação solar, que está relacionada ao design razoável da orientação da estufa, forma e material da superfície transmissora de luz, estrutura e material da parede e do telhado traseiro, isolamento da fundação, tamanho da estufa, modo de isolamento noturno e material do telhado frontal, etc., e também se refere a se o processo de construção e construção da estufa pode garantir a realização efetiva dos requisitos do projeto.

Capacidade de transmissão de luz do teto dianteiro

A principal energia na estufa vem do sol.Aumentar a capacidade de transmissão de luz do telhado frontal é benéfico para a estufa obter mais calor, e também é uma base importante para garantir a temperatura ambiente da estufa no inverno.Atualmente, existem três métodos principais para aumentar a capacidade de transmissão de luz e o tempo de recebimento de luz do telhado frontal da estufa.

01 projeto de orientação de estufa razoável e azimute

A orientação da estufa afeta o desempenho de iluminação da estufa e a capacidade de armazenamento de calor da estufa.Portanto, para obter mais armazenamento de calor na estufa, a orientação das estufas não cultivadas no noroeste da China é voltada para o sul.Para o azimute específico da estufa, ao escolher o sul para o leste, é benéfico “agarrar o sol”, e a temperatura interna sobe rapidamente pela manhã;Quando o sul para o oeste é selecionado, é benéfico para a estufa fazer uso da luz da tarde.A direção sul é um compromisso entre as duas situações acima.De acordo com o conhecimento da geofísica, a terra gira 360° em um dia, e o azimute do sol se move cerca de 1° a cada 4 minutos.Portanto, toda vez que o azimute da estufa diferir em 1°, o tempo de luz solar direta será diferente em cerca de 4 minutos, ou seja, o azimute da estufa afeta o horário em que a estufa vê luz pela manhã e à noite.

Quando as horas de luz da manhã e da tarde são iguais, e o leste ou o oeste estão no mesmo ângulo, a estufa terá as mesmas horas de luz.No entanto, para a área ao norte de 37° de latitude norte, a temperatura é baixa pela manhã e o horário de retirada da colcha é tardio, enquanto a temperatura é relativamente alta à tarde e à noite, por isso é apropriado atrasar o horário de fechando a colcha de isolamento térmico.Portanto, essas áreas devem escolher o sul para o oeste e aproveitar ao máximo a luz da tarde.Para as áreas com 30°~35° de latitude norte, devido às melhores condições de iluminação pela manhã, o tempo de preservação do calor e descoberta da cobertura também pode ser antecipado.Portanto, essas áreas devem escolher a direção sul-leste para buscar mais radiação solar matinal para a estufa.No entanto, na área de 35°~37° de latitude norte, há pouca diferença na radiação solar de manhã e à tarde, por isso é melhor escolher a direção sul.Quer seja sudeste ou sudoeste, o ângulo de desvio é geralmente de 5° a 8° e o máximo não deve exceder 10°.O noroeste da China fica na faixa de 37° ~ 50° de latitude norte, de modo que o ângulo de azimute da estufa é geralmente do sul para o oeste.Em vista disso, a estufa solar projetada por Zhang Jingshe etc. na área de Taiyuan escolheu a orientação de 5° a oeste do sul, a estufa solar construída por Chang Meimei etc. na área de Gobi do Corredor Hexi adotou a orientação de 5° a 10° a oeste do sul, e a estufa solar construída por Ma Zhigui etc. no norte de Xinjiang adotou a orientação de 8° a oeste do sul.

02 Projeto de forma razoável do teto frontal e ângulo de inclinação

A forma e a inclinação do teto frontal determinam o ângulo de incidência dos raios solares.Quanto menor o ângulo de incidência, maior a transmitância.Sun Juren acredita que a forma do teto frontal é determinada principalmente pela proporção entre o comprimento da superfície de iluminação principal e a inclinação traseira.A inclinação frontal longa e a inclinação traseira curta são benéficas para a iluminação e preservação do calor do teto frontal.Chen Wei-Qian e outros pensam que o teto de iluminação principal da estufa solar usado na área de Gobi adota um arco circular com um raio de 4,5 m, que pode resistir efetivamente ao frio.Zhang Jingshe, etc. acha que é mais apropriado usar um arco semicircular no telhado frontal da estufa em áreas alpinas e de alta latitude.Quanto ao ângulo de inclinação do teto frontal, de acordo com as características de transmissão de luz do filme plástico, quando o ângulo de incidência é de 0 ~ 40°, a refletividade do teto frontal à luz do sol é pequena e, quando excede 40°, a refletividade aumenta significativamente.Portanto, 40° é considerado o ângulo máximo de incidência para calcular o ângulo de inclinação da cobertura frontal, de forma que mesmo no solstício de inverno, a radiação solar possa entrar na estufa ao máximo.Portanto, ao projetar uma estufa solar adequada para áreas não cultivadas em Wuhai, Mongólia Interior, He Bin e outros calcularam o ângulo de inclinação do telhado frontal com um ângulo de incidência de 40° e pensaram que, desde que fosse maior que 30 °, pode atender aos requisitos de iluminação de estufa e preservação de calor.Zhang Caihong e outros pensam que ao construir estufas em áreas não cultivadas de Xinjiang, o ângulo de inclinação do telhado frontal das estufas no sul de Xinjiang é de 31°, enquanto no norte de Xinjiang é de 32°~33,5°.

03 Escolha materiais de cobertura transparentes adequados.

Além da influência das condições de radiação solar ao ar livre, o material e as características de transmissão de luz do filme de efeito estufa também são fatores importantes que afetam o ambiente de luz e calor da estufa.Atualmente, a transmissão de luz de filmes plásticos como PE, PVC, EVA e PO é diferente devido a diferentes materiais e espessuras de filme.De um modo geral, a transmissão de luz de filmes que foram usados ​​por 1-3 anos pode ser garantida acima de 88% no geral, o que deve ser selecionado de acordo com a demanda de culturas por luz e temperatura.Além disso, além da transmissão de luz na estufa, a distribuição da luz ambiente na estufa também é um fator ao qual as pessoas prestam cada vez mais atenção.Portanto, nos últimos anos, o material de cobertura de transmissão de luz com luz de dispersão aprimorada tem sido altamente reconhecido pela indústria, especialmente nas áreas com forte radiação solar no noroeste da China.A aplicação do filme de luz de dispersão aprimorada reduziu o efeito de sombreamento na parte superior e inferior do dossel da cultura, aumentou a luz nas partes média e inferior do dossel da cultura, melhorou as características fotossintéticas de toda a cultura e mostrou um bom efeito de promover crescimento e aumento da produção.

Projeto razoável de tamanho de estufa

O comprimento da estufa é muito longo ou muito curto, o que afetará o controle da temperatura interna.Quando o comprimento da estufa é muito curto, antes do nascer e do pôr do sol, a área sombreada pelas empenas leste e oeste é grande, o que não é propício ao aquecimento da estufa e, devido ao seu pequeno volume, afetará o solo interno e a parede absorção e liberação de calor.Quando o comprimento é muito grande, é difícil controlar a temperatura interna e isso afetará a firmeza da estrutura da estufa e a configuração do mecanismo de enrolamento da colcha de preservação de calor.A altura e extensão da estufa afetam diretamente a iluminação natural do telhado frontal, o tamanho do espaço da estufa e a taxa de isolamento.Quando a extensão e o comprimento da estufa são fixos, aumentar a altura da estufa pode aumentar o ângulo de iluminação do telhado frontal da perspectiva do ambiente de luz, que é propício à transmissão de luz;Do ponto de vista do ambiente térmico, a altura da parede aumenta e a área de armazenamento de calor da parede traseira aumenta, o que é benéfico para o armazenamento e liberação de calor da parede traseira.Além disso, o espaço é grande, a taxa de capacidade de calor também é grande e o ambiente térmico da estufa é mais estável.Obviamente, aumentar a altura da estufa aumentará o custo da estufa, o que requer uma consideração abrangente.Portanto, ao projetar uma estufa, devemos escolher um comprimento, vão e altura razoáveis ​​de acordo com as condições locais.Por exemplo, Zhang Caihong e outros pensam que no norte de Xinjiang, o comprimento da estufa é de 50 ~ 80 m, a extensão é de 7 m e a altura da estufa é de 3,9 m, enquanto no sul de Xinjiang, o comprimento da estufa é de 50 ~ 80 m, o a extensão é 8m e a altura da estufa é 3.6~4.0m;Também é considerado que a extensão da estufa não deve ser inferior a 7m, e quando a extensão é de 8m, o efeito de preservação do calor é o melhor.Além disso, Chen Weiqian e outros pensam que o comprimento, extensão e altura da estufa solar devem ser de 80m, 8~10m e 3,8~4,2m, respectivamente, quando for construída na área de Gobi em Jiuquan, Gansu.

Melhore o armazenamento de calor e a capacidade de isolamento da parede

Durante o dia, a parede acumula calor absorvendo a radiação solar e o calor de algum ar interior.À noite, quando a temperatura interna é menor que a temperatura da parede, a parede libera passivamente o calor para aquecer a estufa.Como principal corpo de armazenamento de calor da estufa, a parede pode melhorar significativamente a temperatura ambiente noturna interna, melhorando sua capacidade de armazenamento de calor.Ao mesmo tempo, a função de isolamento térmico da parede é a base para a estabilidade do ambiente térmico da estufa.Atualmente, existem vários métodos para melhorar o armazenamento de calor e a capacidade de isolamento das paredes.

01 projeto de estrutura de parede razoável

A função da parede inclui principalmente armazenamento e preservação de calor e, ao mesmo tempo, a maioria das paredes da estufa também serve como membros de suporte de carga para suportar a treliça do telhado.Do ponto de vista da obtenção de um bom ambiente térmico, uma estrutura de parede razoável deve ter capacidade de armazenamento de calor suficiente no lado interno e capacidade de preservação de calor suficiente no lado externo, reduzindo pontes frias desnecessárias.Na pesquisa de armazenamento de calor de parede e isolamento, Bao Encai e outros projetaram a parede de armazenamento de calor passivo de areia solidificada na área do deserto de Wuhai, Mongólia Interior.Tijolo poroso foi usado como camada de isolamento no exterior e areia solidificada foi usada como camada de armazenamento de calor no interior.O teste mostrou que a temperatura interna pode chegar a 13,7℃ em dias ensolarados.Ma Yuehong etc. projetou uma parede composta de blocos de argamassa de casca de trigo no norte de Xinjiang, na qual a cal virgem é preenchida em blocos de argamassa como uma camada de armazenamento de calor e sacos de escória são empilhados ao ar livre como uma camada de isolamento.A parede de blocos ocos projetada por Zhao Peng, etc. na área de Gobi, na província de Gansu, usa placa de benzeno de 100 mm de espessura como camada de isolamento no exterior e areia e tijolo oco como camada de armazenamento de calor no interior.O teste mostra que a temperatura média no inverno está acima de 10℃ à noite, e Chai Regeneration, etc. também usa areia e cascalho como camada de isolamento e camada de armazenamento de calor da parede na área de Gobi, na província de Gansu.Em termos de redução de pontes frias, Yan Junyue etc. projetou uma parede traseira montada leve e simplificada, que não apenas melhorou a resistência térmica da parede, mas também melhorou a propriedade de vedação da parede colando placa de poliestireno na parte externa da parte traseira parede;Wu Letian etc. colocou uma viga de anel de concreto armado acima da fundação da parede da estufa e usou estampagem de tijolos trapezoidais logo acima da viga de anel para apoiar o telhado traseiro, o que resolveu o problema de rachaduras e afundamento da fundação são fáceis de ocorrer em estufas em Hotian, Xinjiang, afetando assim o isolamento térmico das estufas.

02 Escolha materiais adequados de armazenamento de calor e isolamento.

O armazenamento de calor e o efeito de isolamento da parede dependem primeiro da escolha dos materiais.No deserto noroeste, Gobi, terra arenosa e outras áreas, de acordo com as condições do local, os pesquisadores pegaram materiais locais e fizeram tentativas ousadas de projetar muitos tipos diferentes de paredes traseiras de estufas solares.Por exemplo, quando Zhang Guosen e outros construíram estufas em campos de areia e cascalho em Gansu, areia e cascalho foram usados ​​como armazenamento de calor e camadas de isolamento de paredes;De acordo com as características de Gobi e do deserto no noroeste da China, Zhao Peng projetou uma espécie de parede de blocos ocos com arenito e blocos ocos como materiais.O teste mostra que a temperatura noturna média interna está acima de 10℃.Em vista da escassez de materiais de construção, como tijolos e argila na região de Gobi, no noroeste da China, Zhou Changji e outros descobriram que as estufas locais geralmente usam seixos como materiais de parede ao investigar estufas solares na região de Gobi em Kizilsu Kirgiz, Xinjiang.Tendo em vista o desempenho térmico e a resistência mecânica do seixo, a estufa construída com seixo tem bom desempenho em termos de preservação de calor, armazenamento de calor e suporte de carga.Da mesma forma, Zhang Yong, etc. também usa seixos como material principal da parede e projetou uma parede traseira de seixos de armazenamento de calor independente em Shanxi e outros lugares.O teste mostra que o efeito de armazenamento de calor é bom.Zhang etc. projetou um tipo de parede de arenito de acordo com as características da área noroeste de Gobi, que pode elevar a temperatura interna em 2,5℃.Além disso, Ma Yuehong e outros testaram a capacidade de armazenamento de calor da parede de areia cheia de blocos, parede de blocos e parede de tijolos em Hotian, Xinjiang.Os resultados mostraram que a parede de areia preenchida com blocos tinha a maior capacidade de armazenamento de calor.Além disso, a fim de melhorar o desempenho de armazenamento de calor da parede, os pesquisadores desenvolvem ativamente novos materiais e tecnologias de armazenamento de calor.Por exemplo, Bao Encai propôs um material de agente de cura de mudança de fase, que pode ser usado para melhorar a capacidade de armazenamento de calor da parede traseira da estufa solar em áreas não cultivadas do noroeste.Como a exploração de materiais locais, palheiro, escória, placa de benzeno e palha também são usados ​​como materiais de parede, mas esses materiais geralmente têm apenas a função de preservação de calor e nenhuma capacidade de armazenamento de calor.De um modo geral, as paredes preenchidas com cascalho e blocos têm boa capacidade de armazenamento de calor e isolamento.

03 Aumente adequadamente a espessura da parede

Normalmente, a resistência térmica é um índice importante para medir o desempenho do isolamento térmico da parede, e o fator que afeta a resistência térmica é a espessura da camada de material além da condutividade térmica do material.Portanto, com base na seleção de materiais de isolamento térmico apropriados, aumentar adequadamente a espessura da parede pode aumentar a resistência térmica geral da parede e reduzir a perda de calor através da parede, aumentando assim o isolamento térmico e a capacidade de armazenamento de calor da parede e toda a estufa.Por exemplo, em Gansu e outras áreas, a espessura média da parede de sacos de areia na cidade de Zhangye é de 2,6 m, enquanto a da parede de alvenaria de argamassa na cidade de Jiuquan é de 3,7 m.Quanto mais espessa a parede, maior seu isolamento térmico e capacidade de armazenamento de calor.No entanto, paredes muito grossas aumentarão a ocupação do solo e o custo de construção de estufas.Assim, numa perspetiva de melhoria da capacidade de isolamento térmico, devemos também privilegiar a seleção de materiais de elevado isolamento térmico e de baixa condutividade térmica, como poliestireno, poliuretano e outros materiais, e depois aumentar a espessura de forma adequada.

Projeto razoável do teto traseiro

Para o dimensionamento do telhado traseiro, a principal consideração é não causar a influência do sombreamento e melhorar a capacidade de isolamento térmico.A fim de reduzir a influência do sombreamento no teto traseiro, o ajuste de seu ângulo de inclinação é baseado principalmente no fato de que o teto traseiro pode receber luz solar direta durante o dia, quando as culturas são plantadas e produzidas.Portanto, o ângulo de elevação do teto traseiro é geralmente escolhido para ser melhor do que o ângulo de altitude solar local do solstício de inverno de 7°~8°.Por exemplo, Zhang Caihong e outros pensam que ao construir estufas solares em Gobi e áreas de terra salino-alcalino em Xinjiang, o comprimento projetado do telhado traseiro é de 1,6 m, então o ângulo de inclinação do telhado traseiro é de 40° no sul de Xinjiang e 45° no norte de Xinjiang.Chen Wei-Qian e outros acham que o telhado traseiro da estufa solar na área de Jiuquan Gobi deve ter uma inclinação de 40°.Para o isolamento térmico do teto traseiro, a capacidade de isolamento térmico deve ser assegurada principalmente na seleção de materiais de isolamento térmico, no dimensionamento da espessura necessária e na junta sobreposta razoável dos materiais de isolamento térmico durante a construção.

Reduzir a perda de calor do solo

Durante a noite de inverno, como a temperatura do solo interno é maior que a do solo externo, o calor do solo interno será transferido para o externo por condução de calor, causando a perda de calor do efeito estufa.Existem várias maneiras de reduzir a perda de calor do solo.

01 isolamento de solo

O solo afunda adequadamente, evitando a camada de solo congelado e usando o solo para preservação do calor.Por exemplo, a estufa solar “1448 três materiais-um-corpo” desenvolvida pela Chai Regeneration e outras terras não cultivadas no Hexi Corridor foram construídas cavando 1m abaixo, evitando efetivamente a camada de solo congelado;De acordo com o fato de que a profundidade do solo congelado na área de Turpan é de 0,8 m, Wang Huamin e outros sugeriram cavar 0,8 m para melhorar a capacidade de isolamento térmico da estufa.Quando Zhang Guosen, etc. construiu a parede traseira da estufa solar de escavação de filme duplo de arco duplo em terras não aráveis, a profundidade de escavação foi de 1m.O experimento mostrou que a temperatura mais baixa à noite foi aumentada em 2 ~ 3 ℃ em comparação com a estufa solar tradicional de segunda geração.

02 fundação proteção contra frio

O método principal é cavar uma vala à prova de frio ao longo da parte da fundação do telhado frontal, preencher materiais de isolamento térmico ou enterrar continuamente materiais de isolamento térmico no subsolo ao longo da parte da parede da fundação, todos com o objetivo de reduzir a perda de calor causada por transferência de calor através do solo na parte limítrofe da estufa.Os materiais de isolamento térmico utilizados baseiam-se principalmente nas condições locais no noroeste da China e podem ser obtidos localmente, como feno, escória, lã de rocha, placa de poliestireno, palha de milho, esterco de cavalo, folhas caídas, grama quebrada, serragem, ervas daninhas, palha, etc

03 filme mulch

Ao cobrir o filme plástico, a luz do sol pode atingir o solo através do filme plástico durante o dia, e o solo absorve o calor do sol e se aquece.Além disso, o filme plástico pode bloquear a radiação de onda longa refletida pelo solo, reduzindo assim a perda de radiação do solo e aumentando o armazenamento de calor do solo.À noite, o filme plástico pode dificultar a troca de calor por convecção entre o solo e o ar interno, reduzindo assim a perda de calor do solo.Ao mesmo tempo, o filme plástico também pode reduzir a perda de calor latente causada pela evaporação da água do solo.Wei Wenxiang cobriu a estufa com filme plástico no planalto de Qinghai, e o experimento mostrou que a temperatura do solo pode ser aumentada em cerca de 1℃.

Reforçar o desempenho de isolamento térmico do telhado frontal

O telhado frontal da estufa é a principal superfície de dissipação de calor, e o calor perdido é responsável por mais de 75% da perda total de calor na estufa.Portanto, fortalecer a capacidade de isolamento térmico do telhado frontal da estufa pode efetivamente reduzir a perda através do telhado frontal e melhorar o ambiente de temperatura de inverno da estufa.Atualmente, existem três medidas principais para melhorar a capacidade de isolamento térmico do telhado frontal.

01 Cobertura transparente multicamada é adotada.

Estruturalmente, o uso de filme de camada dupla ou filme de três camadas como superfície transmissora de luz da estufa pode efetivamente melhorar o desempenho do isolamento térmico da estufa.Por exemplo, Zhang Guosen e outros projetaram uma estufa solar tipo escavação de filme duplo de arco duplo na área de Gobi, na cidade de Jiuquan.A parte externa do telhado frontal da estufa é feita de filme EVA, e a parte interna da estufa é feita de filme antienvelhecimento de PVC sem gotejamento.As experiências mostram que, em comparação com a estufa solar tradicional de segunda geração, o efeito de isolamento térmico é excelente e a temperatura mais baixa à noite aumenta em 2 ~ 3 ℃ em média.Da mesma forma, Zhang Jingshe, etc. também projetou uma estufa solar com cobertura de filme duplo para as características climáticas de alta latitude e áreas frias severas, o que melhorou significativamente o isolamento térmico da estufa.Em comparação com a estufa de controle, a temperatura noturna aumentou 3℃.Além disso, Wu Letian e outros tentaram usar três camadas de filme EVA de 0,1 mm de espessura no telhado frontal da estufa solar projetada na área do deserto de Hetian, Xinjiang.O filme multicamada pode efetivamente reduzir a perda de calor do teto frontal, mas como a transmissão de luz do filme de camada única é basicamente de cerca de 90%, o filme multicamada levará naturalmente à atenuação da transmissão de luz.Portanto, ao selecionar uma cobertura de transmissão de luz multicamada, é necessário levar em consideração as condições de iluminação e os requisitos de iluminação das estufas.

02 Fortalecer o isolamento noturno do teto frontal

O filme plástico é usado no telhado frontal para aumentar a transmitância da luz durante o dia e torna-se o local mais fraco de toda a estufa à noite.Portanto, cobrir a superfície externa do telhado frontal com uma colcha espessa de isolamento térmico é uma medida de isolamento térmico necessária para estufas solares.Por exemplo, na região alpina de Qinghai, Liu Yanjie e outros usaram cortinas de palha e papel kraft como mantas de isolamento térmico para experimentos.Os resultados do teste mostraram que a temperatura interna mais baixa na estufa à noite pode chegar acima de 7,7 ℃.Além disso, Wei Wenxiang acredita que a perda de calor da estufa pode ser reduzida em mais de 90% usando cortinas duplas de grama ou papel kraft fora das cortinas de grama para isolamento térmico nesta área.Além disso, Zou Ping, etc. usou colcha de isolamento térmico de feltro agulhado de fibra reciclada na estufa solar na região de Gobi de Xinjiang, e Chang Meimei, etc. usou colcha de isolamento térmico de algodão sanduíche de isolamento térmico na estufa solar na região de Gobi de Corredor Hexi.Atualmente, existem muitos tipos de mantas de isolamento térmico usadas em estufas solares, mas a maioria delas é feita de feltro agulhado, algodão com cola pulverizada, algodão perolado, etc., com camadas superficiais à prova d'água ou antienvelhecimento em ambos os lados.De acordo com o mecanismo de isolamento térmico da colcha de isolamento térmico, para melhorar seu desempenho de isolamento térmico, devemos começar melhorando sua resistência térmica e reduzindo seu coeficiente de transferência de calor, e as principais medidas são reduzir a condutividade térmica dos materiais, aumentar a espessura de camadas de material ou aumentar o número de camadas de material, etc. Portanto, atualmente, o material do núcleo da colcha de isolamento térmico com alto desempenho de isolamento térmico é frequentemente feito de materiais compósitos multicamadas.De acordo com o teste, o coeficiente de transferência de calor da colcha de isolamento térmico com alto desempenho de isolamento térmico atualmente pode chegar a 0,5 W/(m2℃), o que fornece uma melhor garantia para o isolamento térmico de estufas em áreas frias no inverno.Claro, a área noroeste é ventosa e empoeirada, e a radiação ultravioleta é forte, então a camada superficial de isolamento térmico deve ter um bom desempenho antienvelhecimento.

03 Adicione uma cortina interna de isolamento térmico.

Embora o telhado frontal da estufa solar seja coberto com uma manta de isolamento térmico externo à noite, no que diz respeito a outras estruturas de toda a estufa, o telhado frontal ainda é um local fraco para toda a estufa à noite.Assim, a equipa do projeto “Estrutura e Tecnologia Construtiva de Estufa em Terras Não Aráveis ​​do Noroeste” concebeu um sistema simples de enrolamento de isolamento térmico interno (Figura 1), cuja estrutura é constituída por uma cortina de isolamento térmico interno fixa no pé frontal e uma cortina móvel de isolamento térmico interno no espaço superior.A cortina móvel superior de isolamento térmico é aberta e dobrada na parede traseira da estufa durante o dia, o que não afeta a iluminação da estufa;A colcha de isolamento térmico fixa na parte inferior desempenha o papel de vedação à noite.O design de isolamento interno é limpo e fácil de operar, e também pode desempenhar o papel de sombreamento e resfriamento no verão.

Tecnologia de aquecimento ativo

Devido à baixa temperatura no inverno no noroeste da China, se contarmos apenas com a preservação e armazenamento de calor em estufas, ainda não podemos atender aos requisitos de produção de hibernação das culturas em climas frios, portanto, algumas medidas de aquecimento ativo também são preocupado.

Sistema de armazenamento de energia solar e liberação de calor

É uma razão importante que a parede tenha as funções de preservação de calor, armazenamento de calor e suporte de carga, o que leva ao alto custo de construção e à baixa taxa de utilização da terra das estufas solares.Portanto, a simplificação e montagem de estufas solares é uma importante direção de desenvolvimento no futuro.Entre eles, simplificar a função da parede é liberar o armazenamento de calor e a função de liberação da parede, de modo que a parede traseira tenha apenas a função de preservação de calor, o que é uma maneira eficaz de simplificar o desenvolvimento.Por exemplo, o sistema ativo de armazenamento e liberação de calor da Fang Hui (Figura 2) é amplamente utilizado em áreas não cultivadas, como Gansu, Ningxia e Xinjiang.Seu dispositivo de coleta de calor está pendurado na parede norte.Durante o dia, o calor coletado pelo dispositivo de coleta de calor é armazenado no corpo de armazenamento de calor através da circulação do meio de armazenamento de calor e, à noite, o calor é liberado e aquecido pela circulação do meio de armazenamento de calor, realizando assim o transferência de calor no tempo e no espaço.Experimentos mostram que a temperatura mínima na estufa pode ser aumentada em 3~5℃ usando este dispositivo.Wang Zhiwei etc. apresentou um sistema de aquecimento de cortina de água para estufa solar no sul da área do deserto de Xinjiang, que pode aumentar a temperatura da estufa em 2,1℃ à noite.

Além disso, Bao Encai etc. projetou um sistema de circulação de armazenamento de calor ativo para a parede norte.Durante o dia, através da circulação de ventiladores axiais, o ar quente interno flui através do duto de transferência de calor embutido na parede norte, e o duto de transferência de calor troca calor com a camada de armazenamento de calor dentro da parede, o que melhora significativamente a capacidade de armazenamento de calor de a parede.Além disso, o sistema solar de armazenamento de calor de mudança de fase projetado por Yan Yantao etc. temperatura média em 2,0℃ à noite.As tecnologias e equipamentos de utilização de energia solar acima têm as características de economia, economia de energia e baixo carbono.Após otimização e melhoria, eles devem ter uma boa perspectiva de aplicação nas áreas com abundantes recursos de energia solar no noroeste da China.

Outras tecnologias de aquecimento auxiliar

01 aquecimento de energia de biomassa

A cama, palha, esterco de vaca, esterco de ovelha e esterco de aves são misturados com bactérias biológicas e enterrados no solo da estufa.Muito calor é gerado durante o processo de fermentação, e muitas cepas benéficas, matéria orgânica e CO2 são gerados durante o processo de fermentação.Cepas benéficas podem inibir e matar uma variedade de germes e podem reduzir a ocorrência de doenças de efeito estufa e pragas;A matéria orgânica pode se tornar fertilizante para as plantações;O CO2 produzido pode melhorar a fotossíntese das culturas.Por exemplo, Wei Wenxiang enterrou fertilizantes orgânicos quentes, como esterco de cavalo, esterco de vaca e esterco de ovelha em solo interno na estufa solar no planalto de Qinghai, o que efetivamente aumentou a temperatura do solo.Na estufa solar na área do deserto de Gansu, Zhou Zhilong usou palha e fertilizante orgânico para fermentar entre as colheitas.O teste mostrou que a temperatura da estufa pode ser aumentada em 2~3℃.

02 aquecimento a carvão

Há fogão artificial, aquecedor de água com economia de energia e aquecimento.Por exemplo, após investigação no planalto de Qinghai, Wei Wenxiang descobriu que o aquecimento de fornalhas artificiais era usado principalmente localmente.Este método de aquecimento tem as vantagens de aquecimento mais rápido e efeito de aquecimento óbvio.No entanto, gases nocivos como SO2, CO e H2S serão produzidos no processo de queima do carvão, por isso é necessário fazer um bom trabalho de descarga de gases nocivos.

03 aquecimento elétrico

Use fio de aquecimento elétrico para aquecer o telhado frontal da estufa ou use um aquecedor elétrico.O efeito de aquecimento é notável, o uso é seguro, nenhum poluente é gerado na estufa e o equipamento de aquecimento é fácil de controlar.Chen Weiqian e outros acham que o problema de congelamento no inverno na área de Jiuquan impede o desenvolvimento da agricultura local de Gobi, e elementos de aquecimento elétrico podem ser usados ​​para aquecer a estufa.No entanto, devido ao uso de recursos de energia elétrica de alta qualidade, o consumo de energia é alto e o custo é alto.Sugere-se que seja usado como um meio temporário de aquecimento de emergência em climas frios extremos.

Medidas de gestão ambiental

No processo de produção e uso da estufa, o equipamento completo e a operação normal não podem garantir efetivamente que seu ambiente térmico atenda aos requisitos do projeto.De facto, a utilização e gestão dos equipamentos desempenham frequentemente um papel fundamental na formação e manutenção do ambiente térmico, sendo o mais importante a gestão diária da colcha de isolamento térmico e ventilação.

Gestão da colcha de isolamento térmico

A colcha de isolamento térmico é a chave para o isolamento térmico noturno do teto frontal, por isso é extremamente importante refinar seu gerenciamento e manutenção diários, especialmente os seguintes problemas devem ser observados:①Escolha o horário apropriado de abertura e fechamento da colcha de isolamento térmico .O tempo de abertura e fechamento da colcha de isolamento térmico não afeta apenas o tempo de iluminação da estufa, mas também afeta o processo de aquecimento na estufa.Abrir e fechar a colcha de isolamento térmico muito cedo ou muito tarde não é propício para o acúmulo de calor.De manhã, se a colcha for descoberta muito cedo, a temperatura interna cairá muito devido à baixa temperatura externa e à luz fraca.Pelo contrário, se o tempo de descoberta da colcha for muito tarde, o tempo de recebimento de luz na estufa será reduzido e o tempo de aumento da temperatura interna será atrasado.À tarde, se a colcha de isolamento térmico for desligada muito cedo, o tempo de exposição interna será reduzido e o armazenamento de calor do solo e das paredes internas será reduzido.Pelo contrário, se a preservação do calor for desligada tarde demais, a dissipação de calor da estufa aumentará devido à baixa temperatura externa e à luz fraca.Portanto, de um modo geral, quando a colcha de isolamento térmico é ligada pela manhã, é aconselhável que a temperatura suba após uma queda de 1 ~ 2℃, enquanto quando a colcha de isolamento térmico é desligada, é aconselhável que a temperatura suba após queda de 1~2℃.② Ao fechar a colcha de isolamento térmico, preste atenção para observar se a colcha de isolamento térmico cobre todos os telhados frontais firmemente e ajuste-os a tempo se houver uma lacuna.③ Depois que a colcha de isolamento térmico estiver completamente colocada, verifique se a parte inferior foi compactada, para evitar que o efeito de preservação do calor seja suspenso pelo vento durante a noite.④ Verifique e mantenha a colcha de isolamento térmico a tempo, especialmente quando a colcha de isolamento térmico estiver danificada, conserte ou substitua-a a tempo.⑤ Preste atenção às condições meteorológicas no tempo.Quando houver chuva ou neve, cubra a colcha de isolamento térmico a tempo e remova a neve a tempo.

Gestão de aberturas

O objetivo da ventilação no inverno é ajustar a temperatura do ar para evitar temperaturas excessivas por volta do meio-dia;A segunda é eliminar a umidade interna, reduzir a umidade do ar na estufa e controlar pragas e doenças;A terceira é aumentar a concentração interna de CO2 e promover o crescimento das plantações.No entanto, a ventilação e a preservação do calor são contraditórias.Se a ventilação não for gerenciada adequadamente, provavelmente levará a problemas de baixa temperatura.Portanto, quando e quanto tempo para abrir as aberturas precisam ser ajustados dinamicamente de acordo com as condições ambientais da estufa a qualquer momento.Nas áreas não cultivadas do noroeste, o manejo das aberturas das estufas é dividido principalmente em duas formas: operação manual e ventilação mecânica simples.No entanto, o tempo de abertura e o tempo de ventilação das aberturas são baseados principalmente no julgamento subjetivo das pessoas; portanto, pode acontecer que as aberturas sejam abertas muito cedo ou muito tarde.Para resolver os problemas acima, Yin Yilei etc. projetou um dispositivo de ventilação inteligente no telhado, que pode determinar o tempo de abertura e o tamanho de abertura e fechamento dos orifícios de ventilação de acordo com as mudanças do ambiente interno.Com o aprofundamento das pesquisas sobre a lei de mudança ambiental e demanda de culturas, bem como a popularização e o avanço de tecnologias e equipamentos como percepção ambiental, coleta, análise e controle de informações, a automação do gerenciamento da ventilação em estufas solares deve ser uma importante direção de desenvolvimento no futuro.

Outras medidas de gestão

No processo de uso de vários tipos de películas, sua capacidade de transmissão de luz enfraquecerá gradualmente, e a velocidade de enfraquecimento não está relacionada apenas às suas próprias propriedades físicas, mas também ao ambiente circundante e ao gerenciamento durante o uso.No processo de uso, o fator mais importante que leva ao declínio do desempenho da transmissão de luz é a poluição da superfície do filme.Portanto, é extremamente importante realizar limpeza regular e limpeza quando as condições permitirem.Além disso, a estrutura do compartimento da estufa deve ser verificada regularmente.Quando houver um vazamento na parede e no teto frontal, ele deve ser reparado a tempo para evitar que a estufa seja afetada pela infiltração de ar frio.

Problemas existentes e direção de desenvolvimento

Os pesquisadores exploraram e estudaram a tecnologia de preservação e armazenamento de calor, tecnologia de gerenciamento e métodos de aquecimento de estufas em áreas não cultivadas do noroeste por muitos anos, que basicamente realizaram a produção de vegetais durante o inverno, melhoraram muito a capacidade da estufa de resistir a danos causados ​​​​pelo frio de baixa temperatura , e basicamente realizou a produção de vegetais durante o inverno.Ele deu uma contribuição histórica para aliviar a contradição entre alimentos e vegetais competindo por terras na China.No entanto, ainda existem os seguintes problemas na tecnologia de garantia de temperatura no noroeste da China.

Tipos de estufa a serem atualizados

Atualmente, os tipos de estufas ainda são os comuns construídos no final do século 20 e início deste século, com estrutura simples, design irracional, baixa capacidade de manter o ambiente térmico da estufa e resistir a desastres naturais e falta de padronização.Portanto, no futuro projeto de estufa, a forma e a inclinação do telhado frontal, o ângulo de azimute da estufa, a altura da parede traseira, a profundidade de afundamento da estufa, etc. devem ser padronizados combinando totalmente a latitude geográfica local e características climáticas.Ao mesmo tempo, apenas uma cultura pode ser plantada em uma estufa, na medida do possível, de modo que a correspondência padronizada da estufa possa ser realizada de acordo com os requisitos de luz e temperatura das culturas plantadas.

A escala da estufa é relativamente pequena.

Se a escala da estufa for muito pequena, afetará a estabilidade do ambiente térmico da estufa e o desenvolvimento da mecanização.Com o aumento gradual do custo do trabalho, o desenvolvimento da mecanização é uma direção importante no futuro.Portanto, no futuro, devemos nos basear no nível de desenvolvimento local, levar em consideração as necessidades de desenvolvimento da mecanização, projetar racionalmente o espaço interno e o layout das estufas, acelerar a pesquisa e o desenvolvimento de equipamentos agrícolas adequados às áreas locais e melhorar a taxa de mecanização da produção de efeito estufa.Ao mesmo tempo, de acordo com as necessidades das culturas e padrões de cultivo, os equipamentos relevantes devem ser combinados com os padrões, e a pesquisa e desenvolvimento integrados, inovação e popularização de ventilação, redução de umidade, preservação de calor e equipamentos de aquecimento devem ser promovidos.

A espessura das paredes, como areia e blocos ocos, ainda é espessa.

Se a parede for muito espessa, embora o efeito de isolamento seja bom, reduzirá a taxa de utilização do solo, aumentará o custo e a dificuldade de construção.Portanto, no desenvolvimento futuro, por um lado, a espessura da parede pode ser otimizada cientificamente de acordo com as condições climáticas locais;Por outro lado, devemos promover o desenvolvimento leve e simplificado da parede traseira, de modo que a parede traseira da estufa mantenha apenas a função de preservação de calor, use coletores solares e outros equipamentos para substituir o armazenamento e liberação de calor da parede .Os coletores solares têm as características de alta eficiência de coleta de calor, forte capacidade de coleta de calor, economia de energia, baixo carbono e assim por diante, e a maioria deles pode realizar regulação e controle ativos e pode realizar aquecimento exotérmico direcionado de acordo com os requisitos ambientais da estufa à noite, com maior eficiência de aproveitamento do calor.

É necessário desenvolver uma manta especial de isolamento térmico.

O telhado frontal é o principal corpo de dissipação de calor na estufa, e o desempenho de isolamento térmico da colcha de isolamento térmico afeta diretamente o ambiente térmico interno.Atualmente, o ambiente de temperatura da estufa em algumas áreas não é bom, em parte porque a colcha de isolamento térmico é muito fina e o desempenho do isolamento térmico dos materiais é insuficiente.Ao mesmo tempo, a colcha de isolamento térmico ainda tem alguns problemas, como impermeabilidade e capacidade de esquiar, envelhecimento fácil da superfície e materiais do núcleo, etc. Portanto, no futuro, materiais de isolamento térmico apropriados devem ser selecionados cientificamente de acordo com as características e requisitos climáticos e produtos especiais de colcha de isolamento térmico adequados para uso local e popularização devem ser projetados e desenvolvidos.

FIM

Informação citada

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Status de pesquisa da tecnologia de garantia de temperatura ambiental de estufa solar em terras não cultivadas do noroeste [J].Tecnologia de Engenharia Agrícola, 2022,42(28):12-20.