Tecnología de ingeniería agrícola hortícola de invernadero 2022-12-02 17:30 publicado en Beijing

El desarrollo de invernaderos solares en áreas no cultivadas como el desierto, el Gobi y la tierra arenosa ha resuelto efectivamente la contradicción entre los alimentos y las verduras que compiten por la tierra.Es uno de los factores ambientales decisivos para el crecimiento y desarrollo de los cultivos de temperatura, lo que muchas veces determina el éxito o fracaso de la producción de cultivos en invernadero.Por lo tanto, para desarrollar invernaderos solares en áreas no cultivadas, primero debemos resolver el problema de la temperatura ambiental de los invernaderos.En este artículo, se resumen los métodos de control de temperatura utilizados en los invernaderos de tierras no cultivadas en los últimos años, y se analizan y resumen los problemas existentes y la dirección de desarrollo de la temperatura y la protección ambiental en los invernaderos solares de tierras no cultivadas.

China tiene una gran población y menos recursos de tierra disponibles.Más del 85% de los recursos de tierras son recursos de tierras no cultivadas, que se concentran principalmente en el noroeste de China.El Documento No. 1 del Comité Central en 2022 señaló que se debe acelerar el desarrollo de la agricultura de instalaciones y, sobre la base de la protección del medio ambiente ecológico, se deben explorar las tierras baldías y baldías explotables para desarrollar la agricultura de instalaciones.El noroeste de China es rico en desierto, Gobi, tierras baldías y otros recursos de tierras no cultivadas y recursos de luz y calor naturales, que son adecuados para el desarrollo de la agricultura de instalaciones.Por lo tanto, el desarrollo y la utilización de recursos de tierras no cultivadas para desarrollar invernaderos en tierras no cultivadas tiene una gran importancia estratégica para garantizar la seguridad alimentaria nacional y aliviar los conflictos por el uso de la tierra.

En la actualidad, el invernadero solar no cultivado es la principal forma de desarrollo agrícola de alta eficiencia en tierras no cultivadas.En el noroeste de China, la diferencia de temperatura entre el día y la noche es grande, y la temperatura nocturna en invierno es baja, lo que a menudo conduce al fenómeno de que la temperatura mínima interior es más baja que la temperatura requerida para el crecimiento y desarrollo normal de cultivos.La temperatura es uno de los factores ambientales indispensables para el crecimiento y desarrollo de los cultivos.Una temperatura demasiado baja ralentizará la reacción fisiológica y bioquímica de los cultivos y retrasará su crecimiento y desarrollo.Cuando la temperatura es inferior al límite que los cultivos pueden soportar, incluso provocará daños por congelación.Por ello, es especialmente importante asegurar la temperatura necesaria para el normal crecimiento y desarrollo de los cultivos.Para mantener la temperatura adecuada del invernadero solar, no es una sola medida que se pueda resolver.Debe garantizarse desde los aspectos de diseño del invernadero, construcción, selección de materiales, regulación y gestión diaria.Por lo tanto, este artículo resumirá el estado de la investigación y el progreso del control de la temperatura de los invernaderos no cultivados en China en los últimos años desde los aspectos del diseño y la construcción del invernadero, las medidas de preservación y calentamiento del calor y la gestión ambiental, a fin de proporcionar una referencia sistemática para el diseño y manejo racional de invernaderos no cultivados.

Estructura y materiales del invernadero.

El ambiente térmico del invernadero depende principalmente de la capacidad de transmisión, interceptación y almacenamiento de la radiación solar del invernadero, que está relacionada con el diseño razonable de la orientación del invernadero, la forma y el material de la superficie que transmite la luz, la estructura y el material de la pared y el techo trasero. aislamiento de cimientos, tamaño del invernadero, modo de aislamiento nocturno y material del techo frontal, etc., y también se relaciona con si la construcción y el proceso de construcción del invernadero pueden garantizar la realización efectiva de los requisitos de diseño.

Capacidad de transmisión de luz del techo delantero

La energía principal del invernadero proviene del sol.El aumento de la capacidad de transmisión de luz del techo frontal es beneficioso para que el invernadero obtenga más calor y también es una base importante para garantizar la temperatura ambiente del invernadero en invierno.En la actualidad, existen tres métodos principales para aumentar la capacidad de transmisión de luz y el tiempo de recepción de luz del techo delantero del invernadero.

01 diseñar orientación y azimut de invernadero razonables

La orientación del invernadero afecta el rendimiento de iluminación del invernadero y la capacidad de almacenamiento de calor del invernadero.Por lo tanto, para obtener más almacenamiento de calor en el invernadero, la orientación de los invernaderos no cultivados en el noroeste de China es hacia el sur.Para el acimut específico del invernadero, cuando se elige de sur a este, es beneficioso “tomar el sol”, y la temperatura interior aumenta rápidamente por la mañana;Cuando se selecciona de sur a oeste, es beneficioso para el invernadero aprovechar la luz de la tarde.La dirección sur es un compromiso entre las dos situaciones anteriores.Según el conocimiento de la geofísica, la tierra gira 360° en un día, y el azimut del sol se mueve aproximadamente 1° cada 4 minutos.Por lo tanto, cada vez que el acimut del invernadero difiere en 1°, el tiempo de luz solar directa diferirá en aproximadamente 4 minutos, es decir, el acimut del invernadero afecta el momento en que el invernadero ve la luz por la mañana y por la noche.

Cuando las horas de luz de la mañana y la tarde son iguales, y el este o el oeste están en el mismo ángulo, el invernadero obtendrá las mismas horas de luz.Sin embargo, para el área al norte de los 37° de latitud norte, la temperatura es baja por la mañana y el momento de destapar el edredón es tardío, mientras que la temperatura es relativamente alta por la tarde y la noche, por lo que es apropiado retrasar el momento de cerrando el edredón de aislamiento térmico.Por lo tanto, estas áreas deben elegir sur a oeste y aprovechar al máximo la luz de la tarde.Para las áreas con 30°~35° de latitud norte, debido a las mejores condiciones de iluminación en la mañana, el tiempo de conservación del calor y descubrimiento de la cubierta también puede adelantarse.Por lo tanto, estas áreas deben elegir la dirección sureste para esforzarse por obtener más radiación solar matutina para el invernadero.Sin embargo, en el área de 35°~37° de latitud norte, hay poca diferencia en la radiación solar por la mañana y por la tarde, por lo que es mejor elegir la dirección sur.Ya sea sureste o suroeste, el ángulo de desviación es generalmente de 5° a 8°, y el máximo no debe exceder los 10°.El noroeste de China se encuentra en el rango de 37°~50° de latitud norte, por lo que el ángulo azimutal del invernadero es generalmente de sur a oeste.En vista de esto, el invernadero de luz solar diseñado por Zhang Jingshe, etc. en el área de Taiyuan ha elegido la orientación de 5° al oeste del sur, el invernadero de luz solar construido por Chang Meimei, etc. en el área de Gobi del Corredor Hexi ha adoptado la orientación de 5° a 10° al oeste del sur, y el invernadero solar construido por Ma Zhigui, etc. en el norte de Xinjiang ha adoptado la orientación de 8° al oeste del sur.

02 Diseñe una forma y un ángulo de inclinación razonables del techo delantero

La forma y la inclinación del techo delantero determinan el ángulo de incidencia de los rayos solares.Cuanto menor sea el ángulo de incidencia, mayor será la transmitancia.Sun Juren cree que la forma del techo delantero está determinada principalmente por la relación entre la longitud de la superficie de iluminación principal y la pendiente trasera.La pendiente delantera larga y la pendiente trasera corta son beneficiosas para la iluminación y la preservación del calor del techo delantero.Chen Wei-Qian y otros piensan que el techo de iluminación principal del invernadero solar utilizado en el área de Gobi adopta un arco circular con un radio de 4,5 m, que puede resistir el frío de manera efectiva.Zhang Jingshe, etc. piensa que es más apropiado usar un arco semicircular en el techo delantero del invernadero en áreas alpinas y de alta latitud.En cuanto al ángulo de inclinación del techo delantero, de acuerdo con las características de transmisión de luz de la película plástica, cuando el ángulo de incidencia es de 0 ~ 40°, la reflectividad del techo delantero a la luz solar es pequeña, y cuando supera los 40°, la la reflectividad aumenta significativamente.Por lo tanto, se toma 40° como ángulo máximo de incidencia para calcular el ángulo de inclinación del techo frontal, de modo que incluso en el solsticio de invierno, la radiación solar pueda ingresar al invernadero en la máxima medida.Por lo tanto, al diseñar un invernadero solar adecuado para áreas no cultivadas en Wuhai, Mongolia Interior, He Bin y otros calcularon el ángulo de inclinación del techo frontal con un ángulo de incidencia de 40° y pensaron que mientras fuera mayor a 30 °, podría cumplir con los requisitos de iluminación de invernadero y preservación del calor.Zhang Caihong y otros piensan que cuando se construyen invernaderos en las áreas no cultivadas de Xinjiang, el ángulo de inclinación del techo delantero de los invernaderos en el sur de Xinjiang es de 31°, mientras que en el norte de Xinjiang es de 32°~33,5°.

03 Elija materiales de cobertura transparentes adecuados.

Además de la influencia de las condiciones de radiación solar exterior, el material y las características de transmisión de luz de la película de invernadero también son factores importantes que afectan el ambiente de luz y calor del invernadero.En la actualidad, la transmisión de luz de las películas plásticas como PE, PVC, EVA y PO es diferente debido a los diferentes materiales y espesores de película.En términos generales, se puede garantizar que la transmisión de luz de las películas que se han utilizado durante 1 a 3 años está por encima del 88% en general, que debe seleccionarse de acuerdo con la demanda de luz y temperatura de los cultivos.Además, además de la transmisión de luz en el invernadero, la distribución del ambiente de luz en el invernadero también es un factor al que la gente presta cada vez más atención.Por lo tanto, en los últimos años, el material de cubierta de transmisión de luz con luz de dispersión mejorada ha sido altamente reconocido por la industria, especialmente en las áreas con fuerte radiación solar en el noroeste de China.La aplicación de una película de luz de dispersión mejorada redujo el efecto de sombreado en la parte superior e inferior del dosel del cultivo, aumentó la luz en las partes media e inferior del dosel del cultivo, mejoró las características fotosintéticas de todo el cultivo y mostró un buen efecto de promoción. crecimiento y aumento de la producción.

Diseño razonable del tamaño del invernadero.

La longitud del invernadero es demasiado larga o demasiado corta, lo que afectará el control de la temperatura interior.Cuando la longitud del invernadero es demasiado corta, antes del amanecer y el atardecer, el área sombreada por los frontones este y oeste es grande, lo que no favorece el calentamiento del invernadero y, debido a su pequeño volumen, afectará el suelo interior y la pared. Absorción y liberación de calor.Cuando la longitud es demasiado grande, es difícil controlar la temperatura interior y afectará la firmeza de la estructura del invernadero y la configuración del mecanismo de enrollado del edredón de preservación del calor.La altura y la amplitud del invernadero afectan directamente la iluminación natural del techo delantero, el tamaño del espacio del invernadero y la relación de aislamiento.Cuando el lapso y la longitud del invernadero son fijos, aumentar la altura del invernadero puede aumentar el ángulo de iluminación del techo delantero desde la perspectiva del entorno de luz, lo que favorece la transmisión de luz;Desde el punto de vista del entorno térmico, aumenta la altura de la pared y aumenta el área de almacenamiento de calor de la pared trasera, lo que es beneficioso para el almacenamiento y la liberación de calor de la pared trasera.Además, el espacio es grande, la tasa de capacidad calorífica también es grande y el ambiente térmico del invernadero es más estable.Por supuesto, aumentar la altura del invernadero aumentará el costo del invernadero, lo que requiere una consideración integral.Por lo tanto, al diseñar un invernadero, debemos elegir una longitud, una luz y una altura razonables de acuerdo con las condiciones locales.Por ejemplo, Zhang Caihong y otros piensan que en el norte de Xinjiang, la longitud del invernadero es de 50 a 80 m, la luz es de 7 m y la altura del invernadero es de 3,9 m, mientras que en el sur de Xinjiang, la longitud del invernadero es de 50 a 80 m, la el lapso es de 8 m y la altura del invernadero es de 3,6 ~ 4,0 m;También se considera que la luz del invernadero no debe ser inferior a 7 m, y cuando la luz es de 8 m, el efecto de conservación del calor es el mejor.Además, Chen Weiqian y otros piensan que la longitud, el alcance y la altura del invernadero solar deben ser de 80 m, 8~10 my 3,8~4,2 m respectivamente cuando se construya en el área de Gobi de Jiuquan, Gansu.

Mejorar el almacenamiento de calor y la capacidad de aislamiento de la pared.

Durante el día, la pared acumula calor al absorber la radiación solar y el calor de un poco de aire interior.Por la noche, cuando la temperatura interior es más baja que la temperatura de la pared, la pared liberará calor de forma pasiva para calentar el invernadero.Como principal cuerpo de almacenamiento de calor del invernadero, la pared puede mejorar significativamente la temperatura ambiental nocturna interior al mejorar su capacidad de almacenamiento de calor.Al mismo tiempo, la función de aislamiento térmico de la pared es la base para la estabilidad del entorno térmico del invernadero.En la actualidad, existen varios métodos para mejorar la capacidad de almacenamiento de calor y aislamiento de las paredes.

01 diseño de estructura de pared razonable

La función de la pared incluye principalmente el almacenamiento de calor y la preservación del calor y, al mismo tiempo, la mayoría de las paredes del invernadero también sirven como elementos de carga para soportar la estructura del techo.Desde el punto de vista de obtener un buen ambiente térmico, una estructura de pared razonable debe tener suficiente capacidad de almacenamiento de calor en el lado interior y suficiente capacidad de conservación de calor en el lado exterior, reduciendo al mismo tiempo los puentes fríos innecesarios.En la investigación de aislamiento y almacenamiento de calor de pared, Bao Encai y otros diseñaron el muro de almacenamiento de calor pasivo de arena solidificada en el área del desierto de Wuhai, Mongolia Interior.Se utilizó ladrillo poroso como capa de aislamiento en el exterior y arena solidificada como capa de almacenamiento de calor en el interior.La prueba mostró que la temperatura interior podría alcanzar los 13,7 ℃ en días soleados.Ma Yuehong etc. diseñó un muro compuesto de bloques de mortero de cáscara de trigo en el norte de Xinjiang, en el que los bloques de mortero se rellenan con cal viva como capa de almacenamiento de calor y las bolsas de escoria se apilan al aire libre como capa de aislamiento.El muro de bloques huecos diseñado por Zhao Peng, etc. en el área de Gobi de la provincia de Gansu, utiliza paneles de benceno de 100 mm de espesor como capa de aislamiento en el exterior y arena y ladrillos de bloques huecos como capa de almacenamiento de calor en el interior.La prueba muestra que la temperatura promedio en invierno es superior a 10 ℃ por la noche, y Chai Regeneration, etc. también usa arena y grava como capa de aislamiento y capa de almacenamiento de calor del muro en el área de Gobi en la provincia de Gansu.En términos de reducción de puentes fríos, Yan Junyue, etc. diseñó una pared trasera ensamblada ligera y simplificada, que no solo mejoró la resistencia térmica de la pared, sino que también mejoró la propiedad de sellado de la pared al pegar una placa de poliestireno en el exterior de la parte posterior. muro;Wu Letian, etc. instaló una viga anular de hormigón armado sobre los cimientos de la pared del invernadero y usó un estampado de ladrillo trapezoidal justo encima de la viga anular para sostener el techo trasero, lo que resolvió el problema de que las grietas y el hundimiento de los cimientos son fáciles de producir en los invernaderos de Hotian. Xinjiang, lo que afecta el aislamiento térmico de los invernaderos.

02 Elija materiales de aislamiento y almacenamiento de calor adecuados.

El efecto de almacenamiento de calor y aislamiento de la pared depende en primer lugar de la elección de los materiales.En el desierto del noroeste, Gobi, la tierra arenosa y otras áreas, de acuerdo con las condiciones del sitio, los investigadores tomaron materiales locales e hicieron intentos audaces para diseñar muchos tipos diferentes de paredes traseras de invernaderos solares.Por ejemplo, cuando Zhang Guosen y otros construyeron invernaderos en campos de arena y grava en Gansu, la arena y la grava se utilizaron como almacenamiento de calor y capas aislantes de las paredes;De acuerdo con las características de Gobi y el desierto del noroeste de China, Zhao Peng diseñó una especie de muro de bloques huecos con piedra arenisca y bloques huecos como materiales.La prueba muestra que la temperatura nocturna interior promedio es superior a 10 ℃.En vista de la escasez de materiales de construcción, como ladrillos y arcilla, en la región de Gobi, en el noroeste de China, Zhou Changji y otros descubrieron que los invernaderos locales generalmente usan guijarros como materiales para las paredes al investigar los invernaderos solares en la región de Gobi de Kizilsu Kirgiz, Xinjiang.En vista del rendimiento térmico y la resistencia mecánica de los guijarros, el invernadero construido con guijarros tiene un buen rendimiento en términos de conservación del calor, almacenamiento de calor y capacidad de carga.Del mismo modo, Zhang Yong, etc. también utilizan guijarros como material principal de la pared, y diseñaron una pared trasera de guijarros de almacenamiento de calor independiente en Shanxi y otros lugares.La prueba muestra que el efecto de almacenamiento de calor es bueno.Zhang, etc. diseñó una especie de muro de piedra arenisca de acuerdo con las características del área noroeste de Gobi, que puede elevar la temperatura interior en 2,5 ℃.Además, Ma Yuehong y otros probaron la capacidad de almacenamiento de calor de la pared de arena llena de bloques, la pared de bloques y la pared de ladrillos en Hotian, Xinjiang.Los resultados mostraron que la pared de arena llena de bloques tenía la mayor capacidad de almacenamiento de calor.Además, para mejorar el rendimiento de almacenamiento de calor de la pared, los investigadores desarrollan activamente nuevos materiales y tecnologías de almacenamiento de calor.Por ejemplo, Bao Encai propuso un material de agente de curado de cambio de fase, que puede usarse para mejorar la capacidad de almacenamiento de calor de la pared trasera del invernadero solar en áreas no cultivadas del noroeste.Como la exploración de materiales locales, el pajar, la escoria, el tablero de benceno y la paja también se utilizan como materiales de pared, pero estos materiales generalmente solo tienen la función de conservar el calor y no tienen capacidad de almacenamiento de calor.En general, los muros rellenos de grava y bloques tienen una buena capacidad de almacenamiento y aislamiento térmico.

03 Aumentar adecuadamente el grosor de la pared

Por lo general, la resistencia térmica es un índice importante para medir el rendimiento del aislamiento térmico de la pared, y el factor que afecta la resistencia térmica es el espesor de la capa de material además de la conductividad térmica del material.Por lo tanto, sobre la base de la selección de materiales de aislamiento térmico apropiados, el aumento apropiado del grosor de la pared puede aumentar la resistencia térmica general de la pared y reducir la pérdida de calor a través de la pared, aumentando así el aislamiento térmico y la capacidad de almacenamiento de calor de la pared y todo el invernadero.Por ejemplo, en Gansu y otras áreas, el grosor promedio de la pared de sacos de arena en la ciudad de Zhangye es de 2,6 m, mientras que el de la pared de mampostería de mortero en la ciudad de Jiuquan es de 3,7 m.Cuanto más gruesa es la pared, mayor es su aislamiento térmico y su capacidad de almacenamiento de calor.Sin embargo, las paredes demasiado gruesas aumentarán la ocupación del suelo y el costo de construcción del invernadero.Por lo tanto, desde la perspectiva de mejorar la capacidad de aislamiento térmico, también debemos dar prioridad a la selección de materiales de alto aislamiento térmico con baja conductividad térmica, como poliestireno, poliuretano y otros materiales, y luego aumentar el espesor de manera adecuada.

Diseño razonable del techo trasero

Para el diseño del techo trasero, la consideración principal es no provocar la influencia del sombreado y mejorar la capacidad de aislamiento térmico.Para reducir la influencia de la sombra en el techo trasero, el ajuste de su ángulo de inclinación se basa principalmente en el hecho de que el techo trasero puede recibir luz solar directa durante el día cuando se plantan y producen cultivos.Por lo tanto, el ángulo de elevación del techo trasero generalmente se elige para que sea mejor que el ángulo de altitud solar local del solsticio de invierno de 7°~8°.Por ejemplo, Zhang Caihong y otros piensan que cuando se construyen invernaderos solares en Gobi y áreas terrestres salinas y alcalinas en Xinjiang, la longitud proyectada del techo trasero es de 1,6 m, por lo que el ángulo de inclinación del techo trasero es de 40° en el sur de Xinjiang y 45° en el norte de Xinjiang.Chen Wei-Qian y otros piensan que el techo trasero del invernadero solar en el área de Jiuquan Gobi debería estar inclinado a 40°.Para el aislamiento térmico del techo trasero, la capacidad de aislamiento térmico debe garantizarse principalmente en la selección de los materiales de aislamiento térmico, el diseño del espesor necesario y la junta traslapada razonable de los materiales de aislamiento térmico durante la construcción.

Reducir la pérdida de calor del suelo

Durante la noche de invierno, debido a que la temperatura del suelo interior es más alta que la del suelo exterior, el calor del suelo interior se transferirá al exterior por conducción de calor, provocando la pérdida de calor del invernadero.Hay varias formas de reducir la pérdida de calor del suelo.

01 aislamiento del suelo

El suelo se hunde correctamente, evitando la capa de suelo congelado y utilizando el suelo para conservar el calor.Por ejemplo, el invernadero solar “1448 de tres materiales y un cuerpo” desarrollado por Chai Regeneration y otras tierras no cultivadas en Hexi Corridor se construyó excavando 1 m de profundidad, evitando efectivamente la capa de suelo congelado;De acuerdo con el hecho de que la profundidad del suelo congelado en el área de Turpan es de 0,8 m, Wang Huamin y otros sugirieron excavar 0,8 m para mejorar la capacidad de aislamiento térmico del invernadero.Cuando Zhang Guosen, etc. construyó la pared trasera del invernadero solar de excavación de doble película y doble arco en tierra no cultivable, la profundidad de excavación era de 1 m.El experimento mostró que la temperatura más baja durante la noche aumentó entre 2 y 3 ℃ en comparación con el invernadero solar tradicional de segunda generación.

02 fundación protección contra el frío

El método principal es cavar una zanja a prueba de frío a lo largo de la parte de los cimientos del techo delantero, rellenar materiales de aislamiento térmico o enterrar continuamente materiales de aislamiento térmico bajo tierra a lo largo de la parte de la pared de los cimientos, todo lo cual tiene como objetivo reducir la pérdida de calor causada por transferencia de calor a través del suelo en la parte límite del invernadero.Los materiales de aislamiento térmico utilizados se basan principalmente en las condiciones locales del noroeste de China y se pueden obtener localmente, como heno, escoria, lana de roca, tableros de poliestireno, paja de maíz, estiércol de caballo, hojas caídas, hierba partida, aserrín, malezas, paja, etc

03 película de mantillo

Al cubrir la película de plástico, la luz del sol puede llegar al suelo a través de la película de plástico durante el día, y el suelo absorbe el calor del sol y se calienta.Además, la película de plástico puede bloquear la radiación de onda larga reflejada por el suelo, reduciendo así la pérdida de radiación del suelo y aumentando el almacenamiento de calor del suelo.Por la noche, la película de plástico puede dificultar el intercambio de calor por convección entre el suelo y el aire interior, reduciendo así la pérdida de calor del suelo.Al mismo tiempo, la película plástica también puede reducir la pérdida de calor latente causada por la evaporación del agua del suelo.Wei Wenxiang cubrió el invernadero con una película de plástico en la meseta de Qinghai, y el experimento mostró que la temperatura del suelo podría aumentar en aproximadamente 1 ℃.

Fortalecer el rendimiento de aislamiento térmico del techo delantero.

El techo frontal del invernadero es la principal superficie de disipación de calor y la pérdida de calor representa más del 75 % de la pérdida total de calor en el invernadero.Por lo tanto, fortalecer la capacidad de aislamiento térmico del techo frontal del invernadero puede reducir efectivamente la pérdida a través del techo frontal y mejorar la temperatura ambiente invernal del invernadero.En la actualidad, existen tres medidas principales para mejorar la capacidad de aislamiento térmico del techo frontal.

01 Se adopta una cubierta transparente multicapa.

Estructuralmente, el uso de película de doble capa o película de tres capas como superficie transmisora ​​de luz del invernadero puede mejorar efectivamente el rendimiento del aislamiento térmico del invernadero.Por ejemplo, Zhang Guosen y otros diseñaron un invernadero solar tipo excavación de doble película de doble arco en el área de Gobi de la ciudad de Jiuquan.El exterior del techo delantero del invernadero está hecho de película EVA y el interior del invernadero está hecho de película antienvejecimiento de PVC sin goteo.Los experimentos muestran que, en comparación con el invernadero solar tradicional de segunda generación, el efecto de aislamiento térmico es sobresaliente y la temperatura más baja durante la noche aumenta en un promedio de 2 a 3 ℃.De manera similar, Zhang Jingshe, etc. también diseñó un invernadero solar con cubierta de doble película para las características climáticas de latitudes altas y áreas frías severas, lo que mejoró significativamente el aislamiento térmico del invernadero.En comparación con el invernadero de control, la temperatura nocturna aumentó en 3 ℃.Además, Wu Letian y otros intentaron usar tres capas de película EVA de 0,1 mm de espesor en el techo frontal del invernadero solar diseñado en el área del desierto de Hetian, Xinjiang.La película multicapa puede reducir efectivamente la pérdida de calor del techo delantero, pero debido a que la transmisión de luz de la película de una sola capa es básicamente del 90%, la película multicapa conducirá naturalmente a la atenuación de la transmisión de luz.Por lo tanto, al seleccionar una cubierta de transmisión de luz multicapa, es necesario prestar la debida atención a las condiciones de iluminación y los requisitos de iluminación de los invernaderos.

02 Reforzar el aislamiento nocturno del techo delantero

La película de plástico se usa en el techo delantero para aumentar la transmisión de luz durante el día y se convierte en el lugar más débil de todo el invernadero durante la noche.Por lo tanto, cubrir la superficie exterior del techo frontal con una gruesa capa de aislamiento térmico compuesto es una medida de aislamiento térmico necesaria para los invernaderos solares.Por ejemplo, en la región alpina de Qinghai, Liu Yanjie y otros utilizaron cortinas de paja y papel kraft como edredones de aislamiento térmico para experimentos.Los resultados de la prueba mostraron que la temperatura interior más baja en el invernadero por la noche podría alcanzar más de 7,7 ℃.Además, Wei Wenxiang cree que la pérdida de calor del invernadero se puede reducir en más del 90 % mediante el uso de cortinas de césped dobles o papel kraft en el exterior de las cortinas de césped para el aislamiento térmico en esta área.Además, Zou Ping, etc. usó una colcha de aislamiento térmico de fieltro cosido de fibra reciclada en el invernadero solar en la región de Gobi de Xinjiang, y Chang Meimei, etc. usó una colcha de aislamiento térmico de algodón tipo sándwich en el invernadero solar de la región de Gobi de Corredor Hexi.En la actualidad, hay muchos tipos de edredones de aislamiento térmico que se utilizan en los invernaderos solares, pero la mayoría de ellos están hechos de fieltro punzonado, algodón rociado con pegamento, algodón perlado, etc., con capas superficiales impermeables o antienvejecimiento en ambos lados.De acuerdo con el mecanismo de aislamiento térmico de la colcha de aislamiento térmico, para mejorar su rendimiento de aislamiento térmico, debemos comenzar mejorando su resistencia térmica y reduciendo su coeficiente de transferencia de calor, y las medidas principales son reducir la conductividad térmica de los materiales, aumentar el espesor de capas de material o aumentar el número de capas de material, etc. Por lo tanto, en la actualidad, el material central de la colcha de aislamiento térmico con un alto rendimiento de aislamiento térmico a menudo está hecho de materiales compuestos de múltiples capas.Según la prueba, el coeficiente de transferencia de calor de la colcha de aislamiento térmico con un alto rendimiento de aislamiento térmico en la actualidad puede alcanzar 0,5 W/(m2℃), lo que proporciona una mejor garantía para el aislamiento térmico de invernaderos en áreas frías en invierno.Por supuesto, el área noroeste es ventosa y polvorienta, y la radiación ultravioleta es fuerte, por lo que la capa superficial de aislamiento térmico debe tener un buen rendimiento antienvejecimiento.

03 Añadir una cortina de aislamiento térmico interior.

Aunque el techo delantero del invernadero de luz solar está cubierto con un edredón de aislamiento térmico externo durante la noche, en lo que respecta a otras estructuras de todo el invernadero, el techo delantero sigue siendo un lugar débil para todo el invernadero durante la noche.Por lo tanto, el equipo de proyecto de “Tecnología de Estructura y Construcción de Invernadero en Tierra No Cultivable del Noroeste” diseñó un sistema enrollable de aislamiento térmico interno simple (Figura 1), cuya estructura consiste en una cortina de aislamiento térmico interno fijo en el pie delantero y una cortina móvil de aislamiento térmico interior en el espacio superior.La cortina de aislamiento térmico móvil superior se abre y pliega en la pared trasera del invernadero durante el día, lo que no afecta la iluminación del invernadero;El edredón de aislamiento térmico fijo en la parte inferior cumple la función de sellar por la noche.El diseño de aislamiento interno es limpio y fácil de operar, y también puede desempeñar el papel de sombreado y enfriamiento en verano.

Tecnología de calentamiento activo

Debido a la baja temperatura en invierno en el noroeste de China, si solo confiamos en la preservación y el almacenamiento de calor en los invernaderos, aún no podemos cumplir con los requisitos de producción de invierno de los cultivos en algunos climas fríos, por lo que también se recomiendan algunas medidas activas de calentamiento. preocupado.

Sistema de almacenamiento de energía solar y liberación de calor.

Es una razón importante que la pared tenga las funciones de conservación del calor, almacenamiento de calor y soporte de carga, lo que conduce al alto costo de construcción y la baja tasa de utilización de la tierra de los invernaderos solares.Por lo tanto, la simplificación y el montaje de invernaderos solares está destinado a ser una importante dirección de desarrollo en el futuro.Entre ellos, simplificar la función de la pared es liberar el almacenamiento de calor y la función de liberación de la pared, de modo que la pared posterior solo tenga la función de conservación del calor, que es una forma efectiva de simplificar el desarrollo.Por ejemplo, el sistema activo de almacenamiento y liberación de calor de Fang Hui (Figura 2) se usa ampliamente en áreas no cultivadas como Gansu, Ningxia y Xinjiang.Su dispositivo de recolección de calor está colgado en la pared norte.Durante el día, el calor recolectado por el dispositivo de recolección de calor se almacena en el cuerpo de almacenamiento de calor a través de la circulación del medio de almacenamiento de calor, y por la noche, el calor se libera y se calienta mediante la circulación del medio de almacenamiento de calor, realizando así el transferencia de calor en el tiempo y el espacio.Los experimentos muestran que la temperatura mínima en el invernadero se puede aumentar entre 3 y 5 ℃ mediante el uso de este dispositivo.Wang Zhiwei, etc. presentó un sistema de calefacción de cortina de agua para un invernadero solar en el área desértica del sur de Xinjiang, que puede aumentar la temperatura del invernadero en 2,1 ℃ por la noche.

Además, Bao Encai etc. diseñó un sistema de circulación de almacenamiento de calor activo para el muro norte.Durante el día, a través de la circulación de ventiladores axiales, el aire caliente interior fluye a través del conducto de transferencia de calor incrustado en la pared norte, y el conducto de transferencia de calor intercambia calor con la capa de almacenamiento de calor dentro de la pared, lo que mejora significativamente la capacidad de almacenamiento de calor de la pared.Además, el sistema de almacenamiento de calor de cambio de fase solar diseñado por Yan Yantao etc. almacena calor en los materiales de cambio de fase a través de colectores solares durante el día y luego disipa el calor en el aire interior a través de la circulación de aire durante la noche, lo que puede aumentar la temperatura media en 2,0 ℃ por la noche.Las tecnologías y equipos de utilización de energía solar anteriores tienen las características de economía, ahorro de energía y bajo contenido de carbono.Después de la optimización y mejora, deberían tener una buena perspectiva de aplicación en las áreas con abundantes recursos de energía solar en el noroeste de China.

Otras tecnologías de calefacción auxiliar

01 calefacción con energía de biomasa

La ropa de cama, la paja, el estiércol de vaca, el estiércol de oveja y el estiércol de aves se mezclan con bacterias biológicas y se entierran en el suelo del invernadero.Se genera mucho calor durante el proceso de fermentación y se generan muchas cepas beneficiosas, materia orgánica y CO2 durante el proceso de fermentación.Las cepas beneficiosas pueden inhibir y matar una variedad de gérmenes y pueden reducir la aparición de plagas y enfermedades de efecto invernadero;La materia orgánica puede convertirse en fertilizante para cultivos;El CO2 producido puede potenciar la fotosíntesis de los cultivos.Por ejemplo, Wei Wenxiang enterró fertilizantes orgánicos calientes como estiércol de caballo, estiércol de vaca y estiércol de oveja en el suelo interior del invernadero solar en la meseta de Qinghai, lo que elevó efectivamente la temperatura del suelo.En el invernadero solar en el área del desierto de Gansu, Zhou Zhilong usó paja y fertilizante orgánico para fermentar entre cultivos.La prueba mostró que la temperatura del invernadero podría aumentarse entre 2 y 3 ℃.

02 calefacción de carbón

Hay estufa artificial, calentador de agua de bajo consumo y calefacción.Por ejemplo, después de una investigación en la meseta de Qinghai, Wei Wenxiang descubrió que el calentamiento de hornos artificiales se usaba principalmente localmente.Este método de calentamiento tiene las ventajas de un calentamiento más rápido y un efecto de calentamiento evidente.Sin embargo, se producirán gases nocivos como SO2, CO y H2S en el proceso de quema de carbón, por lo que es necesario hacer un buen trabajo de descarga de gases nocivos.

03 calefacción eléctrica

Use cable de calefacción eléctrica para calentar el techo delantero del invernadero o use un calentador eléctrico.El efecto de calentamiento es notable, el uso es seguro, no se generan contaminantes en el invernadero y el equipo de calefacción es fácil de controlar.Chen Weiqian y otros piensan que el problema del daño por congelamiento en el invierno en el área de Jiuquan obstaculiza el desarrollo de la agricultura local de Gobi, y se pueden usar elementos de calefacción eléctrica para calentar el invernadero.Sin embargo, debido al uso de recursos de energía eléctrica de alta calidad, el consumo de energía es alto y el costo es alto.Se sugiere que se use como un medio temporal de calefacción de emergencia en climas extremadamente fríos.

Medidas de gestión ambiental

En el proceso de producción y uso del invernadero, el equipo completo y el funcionamiento normal no pueden garantizar de manera efectiva que su ambiente térmico cumpla con los requisitos de diseño.De hecho, el uso y la gestión de los equipos a menudo desempeñan un papel clave en la formación y el mantenimiento del entorno térmico, el más importante de los cuales es la gestión diaria del edredón y la ventilación del aislamiento térmico.

Manejo de edredón aislante térmico

La colcha de aislamiento térmico es la clave para el aislamiento térmico nocturno del techo delantero, por lo que es extremadamente importante perfeccionar su gestión y mantenimiento diarios, especialmente se debe prestar atención a los siguientes problemas: ① Elija el momento adecuado de apertura y cierre de la colcha de aislamiento térmico .El tiempo de apertura y cierre de la colcha de aislamiento térmico no solo afecta el tiempo de iluminación del invernadero, sino que también afecta el proceso de calentamiento en el invernadero.Abrir y cerrar el edredón de aislamiento térmico demasiado pronto o demasiado tarde no favorece la acumulación de calor.Por la mañana, si se destapa el edredón demasiado pronto, la temperatura interior bajará demasiado debido a la baja temperatura exterior y la poca luz.Por el contrario, si el momento de destapar el edredón es demasiado tarde, el tiempo de recepción de luz en el invernadero se acortará y el tiempo de aumento de la temperatura interior se retrasará.Por la tarde, si el edredón de aislamiento térmico se apaga demasiado pronto, se acortará el tiempo de exposición interior y se reducirá el almacenamiento de calor del suelo y las paredes interiores.Por el contrario, si la preservación del calor se apaga demasiado tarde, la disipación de calor del invernadero aumentará debido a la baja temperatura exterior y la poca luz.Por lo tanto, en términos generales, cuando se enciende el edredón de aislamiento térmico por la mañana, es recomendable que la temperatura suba después de una caída de 1~2 ℃, mientras que cuando se apaga el edredón de aislamiento térmico, es recomendable que la temperatura suba. después de una caída de 1~2℃.② Al cerrar el edredón de aislamiento térmico, preste atención para observar si el edredón de aislamiento térmico cubre bien todos los techos delanteros y ajústelos a tiempo si hay un espacio.③ Después de colocar completamente la colcha de aislamiento térmico, verifique si la parte inferior se ha compactado para evitar que el efecto de conservación del calor sea levantado por el viento durante la noche.④ Verifique y mantenga el edredón de aislamiento térmico a tiempo, especialmente cuando el edredón de aislamiento térmico esté dañado, repárelo o reemplácelo a tiempo.⑤ Preste atención a las condiciones climáticas a tiempo.Cuando llueva o nieve, cubra la colcha de aislamiento térmico a tiempo y quite la nieve a tiempo.

Manejo de respiraderos

El propósito de la ventilación en invierno es ajustar la temperatura del aire para evitar una temperatura excesiva alrededor del mediodía;El segundo es eliminar la humedad interior, reducir la humedad del aire en el invernadero y controlar plagas y enfermedades;El tercero es aumentar la concentración de CO2 en interiores y promover el crecimiento de los cultivos.Sin embargo, la ventilación y la preservación del calor son contradictorias.Si la ventilación no se gestiona correctamente, probablemente dará lugar a problemas de baja temperatura.Por lo tanto, cuándo y cuánto tiempo abrir las rejillas de ventilación debe ajustarse dinámicamente de acuerdo con las condiciones ambientales del invernadero en cualquier momento.En las áreas no cultivadas del noroeste, el manejo de las ventilaciones de los invernaderos se divide principalmente en dos formas: operación manual y ventilación mecánica simple.Sin embargo, el tiempo de apertura y el tiempo de ventilación de las rejillas de ventilación se basan principalmente en el juicio subjetivo de las personas, por lo que puede suceder que las rejillas de ventilación se abran demasiado pronto o demasiado tarde.Para resolver los problemas anteriores, Yin Yilei etc. diseñó un dispositivo de ventilación inteligente para el techo, que puede determinar el tiempo de apertura y el tamaño de apertura y cierre de los orificios de ventilación de acuerdo con los cambios del ambiente interior.Con la profundización de la investigación sobre la ley de cambio ambiental y demanda de cultivos, así como la popularización y avance de tecnologías y equipos como percepción ambiental, recolección de información, análisis y control, la automatización de la gestión de la ventilación en invernaderos solares debe ser una importante dirección de desarrollo en el futuro.

Otras medidas de gestión

En el proceso de uso de varios tipos de películas de cobertizo, su capacidad de transmisión de luz se debilitará gradualmente, y la velocidad de debilitamiento no solo está relacionada con sus propias propiedades físicas, sino también con el entorno circundante y la gestión durante el uso.En el proceso de uso, el factor más importante que conduce a la disminución del rendimiento de transmisión de luz es la contaminación de la superficie de la película.Por lo tanto, es extremadamente importante realizar una limpieza regular y una limpieza cuando las condiciones lo permitan.Además, la estructura del recinto del invernadero debe revisarse periódicamente.Cuando hay una fuga en la pared y el techo frontal, debe repararse a tiempo para evitar que el invernadero se vea afectado por la infiltración de aire frío.

Problemas existentes y dirección de desarrollo.

Los investigadores han explorado y estudiado la tecnología de conservación y almacenamiento de calor, la tecnología de gestión y los métodos de calentamiento de invernaderos en áreas no cultivadas del noroeste durante muchos años, lo que básicamente se dio cuenta de la producción de vegetales durante el invierno, mejoró en gran medida la capacidad del invernadero para resistir daños por frío a baja temperatura. , y básicamente se dio cuenta de la producción de hortalizas de hibernación.Ha hecho una contribución histórica para aliviar la contradicción entre los alimentos y las verduras que compiten por la tierra en China.Sin embargo, todavía existen los siguientes problemas en la tecnología de garantía de temperatura en el noroeste de China.

Tipos de invernaderos a actualizar

En la actualidad, los tipos de invernaderos siguen siendo los comunes construidos a fines del siglo XX y principios de este siglo, con una estructura simple, un diseño poco razonable, poca capacidad para mantener el ambiente térmico del invernadero y resistir los desastres naturales, y falta de estandarización.Por lo tanto, en el futuro diseño del invernadero, la forma y la inclinación del techo frontal, el ángulo azimutal del invernadero, la altura de la pared trasera, la profundidad de hundimiento del invernadero, etc. deben estandarizarse combinando completamente la latitud geográfica local. y características climáticas.Al mismo tiempo, solo se puede plantar un cultivo en un invernadero en la medida de lo posible, de modo que se pueda realizar una combinación estandarizada del invernadero de acuerdo con los requisitos de luz y temperatura de los cultivos plantados.

La escala de efecto invernadero es relativamente pequeña.

Si la escala del invernadero es demasiado pequeña, afectará la estabilidad del ambiente térmico del invernadero y el desarrollo de la mecanización.Con el aumento gradual del costo de la mano de obra, el desarrollo de la mecanización es una dirección importante en el futuro.Por lo tanto, en el futuro, debemos basarnos en el nivel de desarrollo local, tener en cuenta las necesidades de desarrollo de la mecanización, diseñar racionalmente el espacio interior y el diseño de los invernaderos, acelerar la investigación y el desarrollo de equipos agrícolas adecuados para las áreas locales y mejorar la tasa de mecanización de la producción de invernadero.Al mismo tiempo, de acuerdo con las necesidades de los cultivos y los patrones de cultivo, los equipos relevantes deben coincidir con los estándares, y debe promoverse la investigación y el desarrollo integrados, la innovación y la popularización de los equipos de ventilación, reducción de la humedad, conservación del calor y calefacción.

El espesor de las paredes, como la arena y los bloques huecos, sigue siendo grueso.

Si la pared es demasiado gruesa, aunque el efecto de aislamiento sea bueno, reducirá la tasa de utilización del suelo, aumentará el costo y la dificultad de construcción.Por lo tanto, en el desarrollo futuro, por un lado, el espesor de la pared puede optimizarse científicamente de acuerdo con las condiciones climáticas locales;Por otro lado, debemos promover el desarrollo ligero y simplificado de la pared posterior, de modo que la pared posterior del invernadero solo retenga la función de preservación del calor, use colectores solares y otros equipos para reemplazar el almacenamiento y liberación de calor de la pared. .Los colectores solares tienen las características de alta eficiencia de recolección de calor, gran capacidad de recolección de calor, ahorro de energía, bajas emisiones de carbono, etc., y la mayoría de ellos pueden realizar una regulación y un control activos, y pueden llevar a cabo un calentamiento exotérmico específico de acuerdo con los requisitos ambientales del invernadero. por la noche, con mayor eficiencia de utilización del calor.

Es necesario desarrollar una colcha de aislamiento térmico especial.

El techo frontal es el cuerpo principal de disipación de calor en el invernadero, y el rendimiento de aislamiento térmico de la colcha de aislamiento térmico afecta directamente el ambiente térmico interior.En la actualidad, el ambiente de temperatura del invernadero en algunas áreas no es bueno, en parte porque el edredón de aislamiento térmico es demasiado delgado y el rendimiento de aislamiento térmico de los materiales es insuficiente.Al mismo tiempo, el edredón de aislamiento térmico todavía tiene algunos problemas, como poca impermeabilidad y capacidad de esquí, fácil envejecimiento de la superficie y los materiales del núcleo, etc. Por lo tanto, en el futuro, los materiales de aislamiento térmico apropiados deben seleccionarse científicamente de acuerdo con las normas locales. características y requisitos climáticos, y deben diseñarse y desarrollarse productos especiales de edredones de aislamiento térmico adecuados para el uso local y la popularización.

FIN

Información citada

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. Estado de investigación de la tecnología de garantía de temperatura ambiental del invernadero solar en tierras no cultivadas del noroeste [J].Tecnología de ingeniería agrícola, 2022, 42 (28): 12-20.