李建明、孫国濤など。施設園芸農業工学技術2022-11-21 17:42 北京で公開

近年、温室産業が精力的に発展しています。温室の開発は、土地利用率と農産物の生産率を向上させるだけでなく、農閑期の青果物の供給問題も解決します。しかし、温室は前例のない課題にも直面しています。独自の設備、加熱方法、構造形態が環境や開発に対する抵抗力を生み出しました。温室構造を変えるためには新しい材料と新しい設計が急務であり、省エネと環境保護の目的を達成し、生産と収入を増加させるためには新しいエネルギー源が緊急に必要とされています。

この記事では、太陽エネルギー、バイオマスエネルギー、地熱エネルギー、および温室におけるその他の新エネルギー源の研究と革新、研究と応用を含む、「温室の新たな革命を支援する新エネルギー、新材料、新設計」のテーマについて説明します。外装、断熱材、壁などの新素材の紹介、温室改革に役立つ新エネルギー、新素材、新デザインの将来展望と考え方を紹介し、業界の参考にさせていただきます。

施設農業の発展は、重要な指示と中央政府の意思決定の精神を実行するための政治的要請であり、避けられない選択である。2020年には、中国の保護農業の総面積は280万平方メートル、生産額は1兆元を超えると予想されている。新エネルギー、新材料、新しい温室設計を通じて温室の照明と断熱性能を向上させることは、温室の生産能力を向上させる重要な方法です。従来の温室生産には多くの欠点があり、石炭、重油、その他のエネルギー源が伝統的な温室の暖房や暖房に使用され、環境を深刻に汚染する大量の二酸化ガスが発生しますが、天然ガス、電気エネルギー、他のエネルギー源は温室の運営コストを増加させます。温室の壁に使用される従来の蓄熱材はほとんどが粘土やレンガで、消費量が多く、土地資源に深刻なダメージを与えます。伝統的な土壁の太陽熱温室の土地利用効率はわずか40％～50％に過ぎず、通常の温室は蓄熱能力が低いため、中国北部で温野菜を生産するために冬を越すことができません。したがって、温室変革推進の核心、すなわち基礎研究は、温室の設計、新素材、新エネルギーの研究開発にあります。この記事では、温室における新エネルギー源の研究と革新に焦点を当て、太陽エネルギー、バイオマスエネルギー、地熱エネルギー、風力エネルギー、および温室における新しい透明被覆材、断熱材、壁材などの新エネルギー源の研究状況をまとめます。温室、新しい温室の建設における新エネルギーと新材料の応用を分析し、将来の温室の開発と変革におけるそれらの役割を楽しみにしています。

新エネルギー温室の研究と革新

農業利用の可能性が最も高いグリーン新エネルギーには、太陽エネルギー、地熱エネルギー、バイオマスエネルギーが含まれ、さまざまな新エネルギーを総合的に活用し、それぞれの長所を学びながら効率的なエネルギー利用を実現します。

太陽エネルギー/電力

太陽エネルギー技術は、低炭素で効率的かつ持続可能なエネルギー供給モードであり、中国の戦略的新興産業の重要な要素です。将来的には中国のエネルギー構造の変革と高度化にとって避けられない選択となるだろう。エネルギー利用の観点から見ると、温室自体が太陽エネルギー利用のための施設構造物である。温室効果により、太陽エネルギーが屋内に集められ、温室の温度が上昇し、作物の成長に必要な熱が供給されます。温室植物の光合成の主なエネルギー源は直射日光であり、太陽エネルギーの直接利用です。

01 熱を生み出す太陽光発電

太陽光発電は、光起電力効果を利用して光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する技術です。この技術の鍵となる要素は太陽電池です。太陽エネルギーが直列または並列のソーラーパネルアレイに当たると、半導体コンポーネントが太陽放射エネルギーを電気エネルギーに直接変換します。太陽光発電技術は、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換し、バッテリーを通じて電気を蓄え、夜間に温室を暖めることができますが、コストが高いため、さらなる開発が制限されています。研究グループは、フレキシブル太陽光発電パネル、オールインワンのリバース制御機、蓄電池、グラフェン加熱ロッドで構成される太陽光発電グラフェン加熱装置を開発した。植栽ラインの長さに応じて、グラフェン加熱ロッドが基板バッグの下に埋め込まれます。日中、太陽光発電パネルは太陽放射を吸収して電気を生成し、蓄電池に蓄えます。その後、その電気は夜間に放出され、グラフェン加熱ロッドに供給されます。実際の測定では、17℃で開始し、19℃で終了する温度制御モードを採用しています。夜間（2日目の20:00～08:00）に8時間運転した場合、プラント1列を加熱するエネルギー消費量は1.24kW・h、夜間の基材バッグの平均温度は19.2℃でした。これは対照より 3.5 ～ 5.3℃高いです。太陽光発電と組み合わせたこの暖房方法は、冬の温室暖房における高エネルギー消費と高汚染の問題を解決します。

02 光熱変換と利用

太陽光光熱変換とは、光熱変換材料で作られた特殊な太陽光集光面を使用し、その面に放射される太陽エネルギーを可能な限り集光・吸収し、熱エネルギーに変換することを指します。太陽光発電用途と比較して、太陽光熱利用用途は近赤外線帯域の吸収が増加するため、太陽光のエネルギー利用効率が高く、コストが低く、技術が成熟しており、太陽エネルギー利用の最も広く使用されている方法です。

中国で最も成熟した光熱変換および利用技術はソーラーコレクタであり、そのコアコンポーネントは選択的吸収コーティングを施した熱吸収プレートコアであり、カバープレートを通過する太陽放射エネルギーを熱エネルギーに変換し、伝達することができます。熱を吸収する作動媒体にそれを与えます。ソーラーコレクタは、コレクタ内に真空空間があるかどうかに応じて、平面型ソーラーコレクタと真空管型ソーラーコレクタの2つのカテゴリに分類できます。採光ポートにおける太陽放射の方向が変わるかどうかに応じて、集光型太陽光集熱器と非集光型太陽光集熱器とを備える。熱伝達作動媒体の種類に応じて、液体ソーラーコレクターと空気ソーラーコレクター。

温室における太陽エネルギーの利用は、主にさまざまなタイプの太陽集熱器を通じて行われます。モロッコのイブン・ゾール大学は、温室温暖化のためのアクティブ太陽エネルギー加熱システム (ASHS) を開発しました。これにより、冬のトマトの総生産量を 55% 増やすことができます。中国農業大学は、集熱能力390.6～693.0MJの表面冷却ファン集排システムのセットを設計・開発し、ヒートポンプによる蓄熱プロセスから集熱プロセスを分離するというアイデアを提唱した。イタリアのバーリ大学は、太陽エネルギー システムと空気水ヒート ポンプで構成される温室ポリジェネレーション暖房システムを開発しました。これにより、気温を 3.6%、地温を 92% 上昇させることができます。研究グループは、太陽温室用の可変傾斜角を備えた一種の能動型太陽熱収集装置と、全天候型温室水域の補助蓄熱装置を開発した。可変傾斜を備えたアクティブ太陽熱収集技術は、限られた熱収集能力、日陰、耕作地の占有など、従来の温室熱収集装置の限界を打破します。太陽光温室の特殊な温室構造を採用することで、温室の非植栽スペースを最大限に活用し、温室スペースの利用効率を大幅に向上させます。典型的な晴天の作業条件下では、可変傾斜を備えたアクティブ太陽熱収集システムは 1.9 MJ/(m2h) に達し、エネルギー利用効率は 85.1% に達し、エネルギー節約率は 77% に達します。温室蓄熱技術では、多相変化蓄熱構造を設定し、蓄熱装置の蓄熱容量を増大させ、装置からの緩やかな放熱を実現することで、蓄熱体の効率的な利用を実現します。温室用太陽熱収集装置で集めた熱。

バイオマスエネルギー

バイオマス熱発生装置とハウスを組み合わせた新たな施設構造を構築し、豚ふん、キノコ残渣、わらなどのバイオマス原料を堆肥化して醸造熱を製造し、発生した熱エネルギーをハウスに直接供給します。 5]。バイオマス発酵加熱タンクのない温室と比較して、加熱温室は温室内の地温を効果的に上昇させ、冬の通常の気候において土壌で栽培される作物の根の適切な温度を維持することができます。スパン17m、長さ30mの単層非対称断熱温室を例に、屋内発酵槽に農業廃棄物（トマト藁と豚糞混合）8mを投入し、パイル缶を裏返すことなく自然発酵させます。冬には温室の日平均温度が4.2℃上昇し、日平均最低気温は4.6℃に達することもあります。

エネルギー利用バイオマス制御発酵とは、バイオマスの熱エネルギーとCO2ガス肥料を迅速に得て効率よく利用するために、機器や装置を用いて発酵プロセスを制御する発酵方法であり、中でも換気と水分が発酵熱を制御する重要な要素となります。バイオマスのガス生産。換気された条件下では、発酵ヒープ内の好気性微生物は酸素を生命活動に使用し、生成されたエネルギーの一部は自らの生命活動に使用され、エネルギーの一部は熱エネルギーとして環境に放出され、温度に有益です。環境の隆盛。水は発酵プロセス全体に関与し、微生物の活動に必要な可溶性栄養素を提供すると同時に、ヒープの熱を水を通して蒸気の形で放出して、ヒープの温度を下げ、ヒープの寿命を延ばします。微生物が増殖し、ヒープのバルク温度が上昇します。発酵槽に藁浸出装置を設置すると、冬場の室内温度が3～5℃上昇し、植物の光合成が強化され、トマトの収量が29.6％増加します。

地熱エネルギー

中国は地熱資​​源が豊富です。現在、農業施設で地熱エネルギーを利用する最も一般的な方法は、少量の高品位エネルギー（例えば、電気エネルギー）。従来の温室暖房対策とは異なり、地中熱ヒートポンプ暖房は大幅な暖房効果を達成できるだけでなく、温室を冷却し、温室内の湿度を下げる機能もあります。住宅建築分野における地中熱ヒートポンプの応用研究は成熟している。地中熱ヒートポンプの冷暖房能力を左右する核心部分は、主に埋設配管や地下井戸などで構成される地中熱交換モジュールです。コストと効果のバランスが取れた地中熱交換システムをどのように設計するかが常に課題となっています。がこの部分の研究の焦点です。同時に、地中熱ヒートポンプの適用における地下土壌層の温度の変化もヒートポンプシステムの利用効果に影響を与えます。地中熱ヒートポンプを利用して夏場の温室を冷却し、熱エネルギーを土壌深層に蓄えることで、地下土壌層の温度低下を緩和し、冬季の地中熱ヒートポンプの熱生産効率を向上させることができます。

現在、地中熱ヒートポンプの性能と効率の研究では、実際の実験データを通じてTOUGH2やTRNSYSなどのソフトウェアを用いて数値モデルを構築し、暖房性能と成績係数（COP）が適切であると結論付けています。 ）の地中熱ヒートポンプは3.0〜4.5に達することができ、優れた冷暖房効果があります。Fu Yunzhunらは、ヒートポンプシステムの運転戦略の研究において、負荷側の流れと比較して、地中源側の流れがユニットの性能と埋設パイプの熱伝達性能に大きな影響を与えることを発見しました。 。流量設定の条件下で、2時間運転、2時間停止の運転スキームを採用すると、ユニットの最大COP値は4.17に達します。Shi Huixianら貯水冷却方式の間欠運転モードを採用。気温が高い夏場には、エネルギー供給システム全体のCOPが3.80に達することもあります。

温室における深層地中蓄熱技術

温室内の地中蓄熱は、温室の「蓄熱銀行」とも呼ばれます。冬の冷害と夏の高温は、温室生産の主な障害となります。研究グループは、深層土壌の強力な蓄熱能力に基づいて、温室の地下深部蓄熱装置を設計した。この装置は、温室内の地下1.5～2.5mの深さに埋設された二重並列伝熱管で、温室上部に空気入口、地上に空気出口を備えています。温室内の温度が高い場合、室内の空気をファンにより強制的に地中に送り込み、蓄熱と温度低下を実現します。温室の温度が低い場合、土壌から熱を取り出して温室を暖めます。製造と適用の結果は、この装置が冬の夜間に温室の温度を2.3℃上昇させ、夏の日中の室内温度を2.6℃低下させ、667mでトマトの収量を1500kg増加させることができることを示した。²。この装置は、深層土壌の「冬暖かく、夏涼しい」「一定の温度」という特性を最大限に活用し、温室に「エネルギーアクセスバンク」を提供し、温室の冷暖房の補助機能を継続的に完了します。 。

多エネルギー調整

温室の暖房に 2 つ以上のエネルギー タイプを使用すると、単一のエネルギー タイプの欠点を効果的に補うことができ、「1 プラス 1 は 2 よりも大きい」という重ね合わせ効果を発揮できます。地熱エネルギーと太陽エネルギーの相互補完は、近年、農業生産における新エネルギー利用の研究のホットスポットとなっている。エミらは、太陽光発電と熱のハイブリッド太陽熱集熱器を備えたマルチソース エネルギー システム (図 1) を研究しました。一般的な空気水ヒートポンプシステムと比較して、マルチソースエネルギーシステムのエネルギー効率は16%〜25%向上します。鄭ら。太陽エネルギーと地中熱ヒートポンプを組み合わせた新型蓄熱システムを開発しました。ソーラーコレクタシステムは、冬期の高品質な暖房と夏期の高品質な冷房という、季節に応じた高品質な暖房の蓄熱を実現します。埋設チューブ熱交換器と間欠蓄熱タンクはすべてシステム内で良好に動作し、システムの COP 値は 6.96 に達します。

太陽光エネルギーと組み合わせることで、商用電力の消費量を削減し、ハウス内での太陽光発電の安定供給の向上を目指します。ワン・ヤら太陽光発電と商用電力を組み合わせて温室暖房に利用する新しいインテリジェント制御技術スキームを提案し、明るいときは太陽光発電を利用し、暗いときは商用電力に変換し、負荷電力不足を大幅に削減します電池を使用せずに経済的コストを削減します。

太陽エネルギー、バイオマスエネルギー、電気エネルギーを併用して温室を加熱することができ、高い暖房効率も実現できます。Zhang Liangruiらは、太陽真空管の集熱と谷電力の蓄熱水タンクを組み合わせた。温室暖房システムは熱快適性が高く、システムの平均暖房効率は 68.70% です。電気蓄熱水タンクは、電気加熱によるバイオマス暖房用貯水装置です。加熱端の最低入水温度を設定し、太陽熱集熱部とバイオマス蓄熱部の貯水温度に応じてシステムの運転戦略を決定し、安定した加熱温度を実現します。暖房を停止し、電気エネルギーとバイオマスエネルギー材料を最大限に節約します。

新しい温室効果物質の革新的な研究と応用

温室面積の拡大に伴い、レンガや土などの伝統的な温室材料の適用上の欠点がますます明らかになってきています。したがって、温室の熱性能をさらに向上させ、現代の温室の開発ニーズを満たすために、新しい透明な被覆材、断熱材、壁材の研究と応用が数多く行われています。

新しい透明被覆材の研究と応用

温室用の透明被覆材の種類には、主にプラスチックフィルム、ガラス、ソーラーパネル、太陽光発電パネルなどがありますが、その中でもプラスチックフィルムが最も大きな適用範囲を占めています。従来の温室用PEフィルムは、耐用年数が短く、劣化せず、機能が単能であるという欠点がありました。現在、機能性試薬やコーティングを添加することにより、さまざまな新しい機能性フィルムが開発されています。

光変換フィルム：光変換フィルムは、レアアースやナノ材料などの光変換剤を用いてフィルムの光学特性を変化させ、紫外光領域を植物の光合成に必要な赤オレンジ光や青紫光に変換することで、作物の収量を増加させ、収穫量を減らすことができます。作物やビニールハウス内の温室フィルムに対する紫外線のダメージ。たとえば、VTR-660 光変換剤を含む紫から赤の広帯域温室フィルムを温室に適用すると、赤外線透過率が大幅に向上し、対照温室と比較して、ヘクタールあたりのトマトの収量、ビタミン C およびリコピンの含有量が大幅に向上します。それぞれ25.71%、11.11%、33.04%と大幅に増加しています。しかし、現時点では、新しい光変換フィルムの耐用年数、分解性、コストについてはまだ検討する必要があります。

散乱ガラス: 温室内の散乱ガラスは、ガラス表面の特殊なパターンと反射防止技術により、太陽光を最大限に散乱光にして温室に進入させ、作物の光合成効率を向上させ、作物の収量を増加させることができます。散乱ガラスは、温室内に入る光を特殊なパターンにより散乱光に変え、その散乱光をより均一に温室内に照射することができ、温室内へのスケルトンの影の影響を排除します。通常のフロートガラスと超白色フロートガラスと比較すると、散乱ガラスの光線透過率の基準は91.5%、通常のフロートガラスの光線透過率の基準は88%です。ハウス内の光の透過率が1%上がるごとに収量が約3%増加し、野菜や果物に含まれる可溶性糖やビタミンCが増加します。温室内の散乱ガラスはコーティングしてから強化されており、自爆率は国家基準よりも高く、2パーセントに達します。

新しい断熱材の研究と応用

温室の伝統的な断熱材には、主にわらマット、紙キルト、ニードルフェルト断熱キルトなどが含まれ、主に屋根の内外断熱、壁断熱、一部の蓄熱および集熱装置の断熱に使用されます。 。多くの場合、長期間使用すると内部の湿気により断熱性能が低下するという欠点があります。そのため、新しい高断熱材の応用例が数多くあり、その中でも新しい断熱キルト、蓄熱・集熱装置が研究の焦点となっている。

新しい断熱材は通常、織ったフィルムやコーティングされたフェルトなどの表面防水性と耐老化性を備えた素材と、スプレーコーティングされた綿、雑種のカシミヤ、パールコットンなどのふわふわした断熱材を​​加工して複合化して作られます。織布フィルムをスプレーコーティングした綿断熱キルトが中国北東部でテストされました。500gのスプレーコーティング綿を加えると、市販の4500gの黒いフェルト断熱キルトの断熱性能と同等であることがわかりました。同条​​件下では、スプレー綿700gの保温性能は、綿500gの保温キルトに比べて1～2℃向上した。同時に、他の研究では、市場で一般的に使用されている断熱キルトと比較して、スプレーコーティングされた綿とその他のカシミヤ断熱キルトの断熱効果が優れており、断熱率が84.0％と83.3％であることもわかりました。 ％それぞれ。最も寒い屋外温度が-24.4℃の場合、室内温度はそれぞれ5.4℃と4.2℃に達することがあります。単一のわらブランケット断熱キルトと比較して、新しい複合断熱キルトは軽量、高断熱率、強力な防水性、耐老化性の利点を備えており、太陽熱温室用の新しいタイプの高効率断熱材として使用できます。

同時に、温室の集熱蓄熱装置用断熱材の研究によれば、同じ厚さの場合、単一素材よりも多層複合断熱材の方が断熱性能が優れていることも判明した。西北農工大学の李建明教授のチームは、バキュームボード、エアロゲル、ゴム綿など、温室貯水装置の断熱材22種類を設計・スクリーニングし、その熱特性を測定した。結果は,80mm断熱コーティング+エアロゲル+ゴムプラスチック断熱綿複合断熱材が80mmゴムプラスチック綿と比較して単位時間当たり0.367MJ減少させることができ,その熱伝達係数が0.283W/(m2であることを示した)・k) 断熱材の組み合わせの厚さが100mmの場合。

相変化材料は、温室材料研究のホットスポットの 1 つです。ノースウェスト農工大学は、2種類の相変化材料保管装置を開発しました。1つは、50cm×30cm×14cm（長さ×高さ×厚さ）のサイズの黒色ポリエチレン製の保管箱で、相変化材料が充填されています。熱を蓄えたり、熱を放出したりできること。第二に、新しいタイプの相変化ウォールボードが開発されました。相変化ウォールボードは、相変化材料、アルミニウム板、アルミニウムプラスチック板およびアルミニウム合金で構成されています。相変化材料は壁板の最も中心位置に配置されており、その仕様は200mm×200mm×50mmです。相変化前後は粉末状の固体であり、溶けたり流動したりする現象はありません。相変化材料の 4 つの壁は、それぞれアルミニウム板とアルミニウム - プラスチック板です。日中は主に蓄熱し、夜間は主に熱を放出する機能を実現できます。

そのため、単独の断熱材では断熱効率が低い、熱損失が大きい、蓄熱時間が短いなどの課題があるため、複合断熱材を断熱層として使用し、室内外の断熱を行うことが考えられます。蓄熱装置の被覆層は、温室の断熱性能を効果的に向上させ、温室の熱損失を減らし、エネルギーの節約効果を達成します。

新しい壁の研究と応用

一種の囲い構造として、壁は温室の防寒と保温のための重要な障壁です。温室の北壁の開発は、壁の材質と構造に応じて、土、レンガなどで作られた単層壁と、粘土レンガ、ブロックレンガ、レンガなどで作られた層状北壁の3種類に分けられます。内側に蓄熱、外側に断熱性を備えたポリスチレンボードなど。これらの壁のほとんどは時間と労力がかかります。したがって、近年では、構築が簡単で迅速な組み立てに適した新しいタイプの壁が数多く登場しています。

新しいタイプの組み立て壁の出現は、外部防水性と老化防止表面材料を備えた新しいタイプの複合壁や、フェルト、パールコットン、スペースコットン、ガラス綿、または熱としてリサイクルされた綿などの材料を含む、組み立て温室の急速な開発を促進します。新疆ウイグル自治区のスプレーボンド綿の柔軟な組み立て壁などの断熱層。さらに、他の研究では、新疆のレンガ入り小麦殻モルタルブロックなど、蓄熱層を備えた組み立てられた温室の北壁も報告されています。同じ外部環境において、最低外気温が-20.8℃の場合、小麦殻モルタルブロック複合壁の太陽熱温室の温度は7.5℃であるのに対し、レンガコンクリート壁の太陽熱温室の温度は3.2℃となります。レンガ温室でのトマトの収穫時期を 16 日早めることができ、単一温室の収量を 18.4% 増加させることができます。

ノースウェスト農工大学の施設チームは、藁、土、水、石、相変化材料を光の角度から断熱・蓄熱モジュールにする設計アイデアと簡素化された壁設計を提案し、モジュール式組み立ての応用研究を推進した。壁。たとえば、一般的なレンガ壁の温室と比較すると、通常の晴れた日の温室内の平均温度は4.0℃高くなります。相変化材料 (PCM) とセメントで作られた 3 種類の無機相変化セメントモジュールは、74.5、88.0、95.1 MJ/m の蓄熱量を持っています。³、59.8、67.8、84.2 MJ/m の熱を放出しました。³、 それぞれ。昼間は「山切り」、夜は「谷埋め」、夏は熱を吸収し、冬は熱を放出する機能を持っています。

これらの新しい壁は現場で組み立てられ、短い工期と長い耐用年数を備えており、軽量で簡素化され、迅速に組み立てられるプレハブ温室を建設するための条件を作り出し、温室の構造改革を大きく促進することができます。しかし、この種の壁には、スプレーボンド綿断熱キルト壁は断熱性能に優れているものの蓄熱能力に欠ける、相変化建材は使用コストが高いなどの欠点があった。今後は組立壁の応用研究を強化する必要がある。

新しいエネルギー、新しい材料、新しいデザインは、温室構造の変化に役立ちます。

新エネルギーと新素材の研究と革新は、温室の設計革新の基盤を提供します。省エネの太陽熱温室とアーチ小屋は中国の農業生産における最大の小屋構造物であり、農業生産において重要な役割を果たしています。しかし、中国の社会経済の発展に伴い、この 2 種類の施設構造の欠点がますます明らかになってきています。まず、施設構造のスペースが狭く、機械化の度合いが低い。第二に、省エネ型太陽熱温室は断熱性に優れていますが、土地利用率が低いため、温室エネルギーを土地に置き換えることに相当します。通常のアーチ小屋はスペースが狭いだけでなく、断熱性も劣ります。連棟温室は広いスペースを持っていますが、断熱性が低く、エネルギー消費量が高くなります。したがって、中国の現在の社会経済レベルに適した温室構造を研究開発することが不可欠であり、新エネルギーと新材料の研究開発は温室構造の変化を助け、さまざまな革新的な温室モデルや構造を生み出すでしょう。

大スパン非対称水管理醸造温室の革新的研究

大スパン非対称水制御醸造温室（特許番号：ZL 201220391214.2）は、太陽光温室の原理に基づいており、通常のビニール温室の対称構造を変更し、南側のスパンを増加させ、南側の屋根の照明面積を増加させ、屋根の面積を減らします。北径間を延長して放熱面積を減らし、径間18～24m、棟高6～7mとした。デザインの革新により、空間構造が大幅に向上しました。同時に、冬の温室の熱不足や一般的な断熱材の断熱性不足の問題も、新技術のバイオマス醸造熱と断熱材を使用することで解決します。生産と研究の結果は、晴れた日の平均気温が11.7℃、曇りの日が10.8℃の大スパン非対称水制御醸造温室が、冬の作物の成長需要を満たすことができ、建設コストが低いことを示しています。ポリスチレンレンガ壁温室と比較して、温室は39.6％削減され、土地利用率は30％以上増加し、中国の黄淮河流域でのさらなる普及と応用に適しています。

組み立て式太陽光温室

組み立てられた太陽光温室は、柱と屋根の骨組を耐荷重構造として採用し、壁の材料は、支持体や受動的な蓄熱と放熱の代わりに、主に断熱エンクロージャを使用します。主に、 (1) 塗膜やカラー鋼板、ワラブロック、軟質断熱キルト、モルタルブロック等の様々な素材を組み合わせて形成される新しいタイプの組立壁 (2) プレハブセメント板を用いた複合壁ボード-ポリスチレンボード-セメントボード;(3) プラスチック角バケツ蓄熱やパイプライン蓄熱などのアクティブ蓄放熱システムと除湿システムを備えた軽量で簡単な組立式の断熱材です。従来の土壁の代わりに、さまざまな新しい断熱材と蓄熱材を使用して、広いスペースと小さな土木工事で太陽熱温室を建設できます。実験の結果、温室の冬の夜間温度は従来のレンガ壁温室より4.5℃高く、後壁の厚さは166mmであることがわかりました。厚さ600mmのレンガ壁温室と比較して、壁の占有面積は72％減少し、平方メートルあたりのコストは334.5元で、レンガ壁温室より157.2元低く、建設コストも低くなります。大幅に減少しました。したがって、組み立てられた温室は、耕作地の破壊が少なく、土地を節約し、建設速度が速く、耐用年数が長いという利点があり、現在および将来の太陽熱温室の革新と発展の重要な方向です。

スライド式太陽光温室

瀋陽農業大学が開発したスケートボード組み立て式省エネ太陽温室は、太陽温室の後壁を利用して熱を蓄え、温度を上昇させる水循環壁蓄熱システムを形成しており、主にプール（32m）で構成されています。³）、集光板（360m）²）、ウォーターポンプ、ウォーターパイプ、コントローラー。柔軟な断熱キルトの上部を軽量な新素材のロックウールカラー鋼板に変更。研究によると、この設計は、切妻が光を遮るという問題を効果的に解決し、温室の光が入る面積を増やすことが示されています。温室の照明角度は 41.5°で、対照温室よりも 16°近く高く、照明率が向上しました。室内の温度分布が均一になり、植物がきれいに育ちます。温室は、土地利用効率の向上、温室サイズの柔軟な設計、建設期間の短縮などの利点があり、耕地の資源と環境を保護する上で非常に重要です。

太陽光発電温室

農業用温室は、太陽光発電、インテリジェントな温度制御、最新のハイテク植栽を統合した温室です。スチール骨フレームを採用し、太陽光発電モジュールで覆われ、太陽光発電モジュールの照明要件と温室全体の照明要件を確保します。太陽エネルギーによって生成される直流は、農業用温室の光を直接補い、温室設備の通常の動作を直接サポートし、水資源の灌漑を促進し、温室の温度を上昇させ、作物の急速な成長を促進します。このように太陽光発電モジュールは温室の屋根の照明効率に影響を与え、さらには温室野菜の正常な成長にも影響を及ぼします。したがって、温室の屋根に太陽光発電パネルを合理的に配置することが応用の重要なポイントとなります。農業温室は、観光農業と施設園芸を有機的に組み合わせたものであり、太陽光発電、農業観光、農作物、農業技術、景観、文化発展を統合した革新的な農業産業です。

異なるタイプの温室間のエネルギー相互作用を備えた温室グループの革新的な設計

北京農林科学院の研究者Guo Wenzhong氏は、温室間のエネルギー伝達という加熱方法を利用して、1つまたは複数の温室に残っている熱エネルギーを集めて、別のまたは複数の温室を加熱している。この加熱方法は、温室エネルギーの時間的および空間的移動を実現し、温室の残りの熱エネルギーのエネルギー利用効率を向上させ、総暖房エネルギー消費量を削減します。2 つのタイプの温室は、レタスやトマトの温室など、さまざまな作物を植えるために、異なる温室タイプにすることも、同じ温室タイプにすることもできます。熱収集方法には、主に室内空気熱の抽出と入射放射線の直接遮断が含まれます。太陽エネルギーの収集、熱交換器による強制対流、およびヒートポンプによる強制抽出を通じて、高エネルギー温室内の余剰熱を温室暖房のために抽出しました。

要約する

これらの新しい太陽熱温室は、迅速な組み立て、工期の短縮、土地利用率の向上などの利点があります。したがって、さまざまな地域でこれらの新しい温室の性能をさらに調査し、新しい温室の大規模な普及と応用の可能性を提供する必要があります。同時に、温室の構造改革に力を与えるために、温室における新エネルギーや新素材の利用を継続的に強化する必要がある。

今後の展望と考え方

伝統的な温室には、エネルギー消費量が多い、土地利用率が低い、時間と労力がかかる、性能が低いなどの欠点があることが多く、もはや現代の農業の生産ニーズを満たすことができず、徐々に衰退するのは必至です。排除された。したがって、太陽エネルギー、バイオマスエネルギー、地熱エネルギー、風力エネルギーなどの新しいエネルギー源、新しい温室適用材料、新しいデザインを使用して温室の構造変化を促進することが開発傾向となっています。まず第一に、新エネルギーと新素材によって駆動される新しい温室は、機械化された操作のニーズを満たすだけでなく、エネルギー、土地、コストを節約する必要があります。第二に、温室の大規模普及のための条件を提供するために、さまざまな地域で新しい温室の性能を常に調査する必要があります。今後は、温室用途に適した新エネルギー・新素材をさらに探索し、新エネルギー・新素材と温室の最適な組み合わせを見出し、低コスト・短工期で新しい温室を建設できるようにする必要がある。期間、低エネルギー消費、優れた性能は、中国の温室構造の変化と温室の近代化開発を促進します。

温室建設における新エネルギー、新材料、新デザインの適用は避けられない傾向であるが、研究され、克服されるべき多くの問題がまだある。(1) 建設コストが増加する。石炭、天然ガス、石油を使用した従来の暖房と比較して、新エネルギーと新素材の利用は環境に優しく、無公害ですが、建設コストが大幅に増加し、生産と運営の投資回収に一定の影響を与えます。 。エネルギー利用と比較すると、新材料のコストは大幅に増加します。(2) 熱エネルギーの利用が不安定である。新エネルギー利用の最大の利点は、低い運用コストと低い二酸化炭素排出量ですが、エネルギーと熱の供給は不安定であり、曇りの日は太陽エネルギー利用の最大の制限要因になります。発酵によるバイオマス熱の生産過程では、発酵熱エネルギーが低い、管理・制御が難しい、原料輸送のための大きな保管スペースが必要などの問題により、このエネルギーの有効利用には限界があります。(3) テクノロジーの成熟度。これら新エネルギーや新素材を利用した技術は、先進的な研究・技術成果であり、その応用範囲や適用範囲は依然として極めて限られています。それらは、何度も、多くの現場で、大規模な実践検証を経ていないため、アプリケーションには必然的にいくつかの欠陥や改善が必要な技術的内容が存在します。ユーザーは、些細な欠陥を理由にテクノロジーの進歩を否定することがよくあります。(4) 技術の普及率が低い。科学技術の成果を広く応用するには、一定の人気が必要です。現在、新エネルギー、新技術、温室設計技術はすべて大学の科学研究センターのチームにあり、一定のイノベーション能力を備えていますが、ほとんどの技術要求者や設計者はまだ知りません。同時に、新技術の核となる機器が特許化されているため、新技術の普及と応用は依然としてかなり限定的です。(5) 新エネルギー、新素材、温室構造設計の統合をさらに強化する必要がある。エネルギー、材料、温室構造の設計は 3 つの異なる分野に属しているため、温室設計の経験を持つ人材は温室関連のエネルギーや材料に関する研究が不足していることが多く、またその逆も同様です。したがって、エネルギーと材料の研究に関連する研究者は、温室産業発展の実際のニーズの調査と理解を強化する必要があり、構造設計者も新材料と新エネルギーを研究して、3つの関係の深い統合を促進し、目標を達成する必要があります。実用的な温室研究技術、低建設コスト、良好な利用効果の目標。以上の問題を踏まえ、国、地方自治体、科学研究センターは、技術研究を強化し、共同研究を深く実施し、科学技術成果の広報を強化し、成果の普及を促進し、早期に実現すべきであると提案する。温室産業の新たな発展を助ける新エネルギーと新素材の目標。

引用情報

李建明、孫国涛、李好傑、李瑞、胡宜新。新しいエネルギー、新しい材料、新しいデザインが温室の新しい革命を支援します [J]。野菜、2022、(10):1-8.