温室園芸農業工学技術 2022-12-02 17:30 北京で公開

砂漠、ゴビ砂漠、砂地などの非耕作地における太陽熱温室の開発は、食糧と野菜の土地争奪という矛盾を効果的に解決してきた。これは温度作物の生育と発育にとって決定的な環境要因の一つであり、温室作物生産の成否を左右することが多い。そのため、非耕作地における太陽熱温室の開発は、まず温室の環境温度問題を解決しなければならない。本稿では、近年の非耕作地温室で採用されている温度制御方法を概説し、非耕作地太陽熱温室における温度と環境保護の現状と発展方向を分析・まとめた。

中国は人口が多く、利用可能な土地資源は少ない。土地資源の85％以上は未耕作地資源であり、主に中国西北地域に集中している。2022年中央委員会第1号文書は、施設農業の発展を加速し、生態環境の保護を基礎として、利用可能な空き地と荒地を探索し、施設農業を発展させる必要があると指摘した。中国西北地域は、砂漠、ゴビ砂漠、荒地などの未耕作地資源と自然光熱資源が豊富で、施設農業の発展に適している。したがって、未耕作地資源の開発と利用による未耕作地温室の開発は、国家の食糧安全保障を確保し、土地利用紛争を緩和する上で重要な戦略的意義を有する。

現在、非耕作地における高効率農業開発の主流は、非耕作地ソーラー温室です。中国西北地方では昼夜の気温差が大きく、冬季の夜間気温が低いため、室内の最低気温が作物の正常な生育発育に必要な温度よりも低くなる現象がよく発生します。温度は作物の生育発育にとって欠かせない環境要因の一つです。温度が低すぎると、作物の生理・生化学反応が鈍化し、生育が遅れます。作物が耐えられる限界温度を下回ると、凍傷を引き起こすこともあります。そのため、作物の正常な生育発育に必要な温度を確保することが特に重要です。ソーラー温室の適切な温度を維持することは、単一の対策で解決できるものではなく、温室の設計、施工、材料選定、制御、日常管理など、あらゆる面から保証する必要があります。そこで本稿では、近年の中国における非耕作温室の温度制御に関する研究状況と進歩を、温室の設計と建設、保温・加温対策、環境管理の面からまとめ、非耕作温室の合理的な設計と管理に体系的な参考資料を提供する。

温室の構造と材料

温室の温熱環境は、主に温室の太陽放射の透過、遮断、蓄熱能力によって決まり、温室の向き、光透過面の形状と材質、壁と後屋根の構造と材質、基礎断熱、温室の大きさ、夜間断熱方式と前屋根の材質などの合理的な設計に関係し、温室の建設と建設プロセスが設計要求の有効な実現を保証できるかどうかにも関係します。

フロントルーフの光透過率

温室の主なエネルギー源は太陽光です。前面屋根の光透過率を高めることは、温室がより多くの熱を得るのに有益であり、冬季の温室の温度環境を確保するための重要な基盤となります。現在、温室前面屋根の光透過率と受光時間を高めるには、主に3つの方法があります。

01 温室の適切な向きと方位角を設計する

温室の向きは、温室の採光性能と蓄熱容量に影響を与えます。そのため、温室の蓄熱量を増やすため、中国西北部の非栽培温室の向きは南向きになっています。温室の具体的な方位については、南から東を選ぶと「太陽をつかむ」のに有利で、午前中に室内温度が急速に上昇します。南から西を選ぶと、温室は午後の光を利用するのに有利です。南方向は、上記の2つの状況の妥協点です。地球物理学の知識によると、地球は1日に360°回転し、太陽の方位は約4分ごとに1°移動します。したがって、温室の方位が1°異なるたびに、直射日光の当たる時間は約4分異なり、つまり、温室の方位は朝晩の温室の光が当たる時間に影響を与えます。

朝と午後の光時間が等しく、東または西が同じ角度にある場合、温室は同じ光時間を得られます。ただし、北緯37度以北の地域では、午前中は気温が低く、キルトを開ける時間が遅く、午後と夕方は気温が比較的高いため、保温キルトを閉める時間を遅らせるのが適切です。したがって、これらの地域では南から西方向を選択し、午後の光を最大限に活用する必要があります。北緯30度〜35度の地域では、午前中の光条件が優れているため、保温とカバーを開ける時間を早めることもできます。したがって、これらの地域では、温室の朝の太陽放射を増やすように努めるために、南から東の方向を選択する必要があります。ただし、北緯35度〜37度の地域では、朝と午後の日射差が小さいため、真南方向を選択することをお勧めします。南東でも南西でも、偏角は一般的に5°～8°で、最大でも10°を超えてはなりません。中国西北地域は北緯37°～50°の範囲にあるため、温室の方位角は一般的に南から西になります。これを考慮して、張景舍らが太原地区で設計した日光温室は南から西に5°の方位を採用し、張美美らが河西回廊ゴビ地区に建設した日光温室は南から西に5°～10°の方位を採用し、馬志貴らが新疆北部に建設した日光温室は南から西に8°の方位を採用しました。

02 フロントルーフの形状と傾斜角度を適正に設計

前屋根の形状と傾斜は太陽光線の入射角を決定します。入射角が小さいほど、透過率は高くなります。孫居人は、前屋根の形状は主に主採光面と後斜面の長さの比で決まると考えています。前斜面が長く、後斜面が短いことは、前屋根の採光と保温に有利です。陳衛謙らは、ゴビ地区で採用されている太陽熱温室の主採光屋根は半径4.5mの円弧を採用しており、効果的に耐寒できると考えています。張景社らは、高山地帯や高緯度地域の温室の前屋根には半円弧を採用する方が適切だと考えています。前屋根の傾斜角については、プラスチックフィルムの光透過特性により、入射角が0～40°の場合、前屋根の太陽光に対する反射率は小さく、40°を超えると反射率が大幅に増加します。そのため、冬至でも太陽放射が最大限に温室に入ることができるように、前面屋根の傾斜角を計算する際に最大入射角を40°としています。そのため、内モンゴル自治区烏海市の非耕作地域に適した太陽熱温室を設計する際、何斌氏らは入射角が40°である前面屋根の傾斜角を計算し、30°以上であれば温室の採光と保温の要件を満たせると考えてみました。張才紅氏らは、新疆の非耕作地域で温室を建設する際、新疆南部の温室の前面屋根の傾斜角は31°であるのに対し、新疆北部では32°～33.5°であると考えています。

03 適切な透明カバー材を選択します。

屋外の日射条件の影響に加えて、温室フィルムの材質と光透過特性も、温室の光熱環境に影響を与える重要な要素です。現在、PE、PVC、EVA、POなどのプラスチックフィルムの光透過率は、材質とフィルムの厚さによって異なります。一般的に、1〜3年間使用したフィルムの光透過率は全体的に88％以上であることが保証されており、作物の光と温度の需要に応じて選択する必要があります。また、温室内の光透過率に加えて、温室内の光環境の分布も人々がますます注目する要素です。そのため、近年、散乱光を強化した光透過性被覆材は、特に中国西北地域の日射が強い地域で産業界から高い評価を受けています。強化散乱光フィルムの適用により、作物のキャノピーの上部と下部への遮光効果が軽減され、作物のキャノピーの中部と下部の光が増加し、作物全体の光合成特性が改善され、成長を促進し、生産性を向上させるという良好な効果が現れました。

温室サイズの合理的な設計

温室の長さが長すぎても短すぎても、室内の温度調節に影響します。温室の長さが短すぎると、日の出と日の入り前に東西の切妻によって影になる面積が広くなり、温室の加温に不利になります。また、容積が小さいため、室内の土壌と壁の熱の吸収と放出に影響を与えます。長さが長すぎると、室内の温度調節が難しくなり、温室構造の堅牢性と保温キルト巻き機構の配置に影響を与えます。温室の高さとスパンは、前屋根の採光、温室空間の大きさ、断熱率に直接影響します。温室のスパンと長さが固定されている場合、温室の高さを高くすると、光環境の観点から前屋根の採光角度が大きくなり、光の透過に役立ちます。温熱環境の観点から見ると、壁の高さが高くなると後壁の蓄熱面積が増加し、後壁の蓄熱・放熱に有利になります。また、空間が広く、熱容量率も大きくなり、温室の温熱環境がより安定します。もちろん、温室の高さを高くすると温室のコストも高くなるため、総合的に考慮する必要があります。そのため、温室を設計する際には、地域の状況に合わせて適切な長さ、スパン、高さを選択する必要があります。例えば、張才紅らは、新疆北部では温室の長さは50～80m、スパンは7m、温室の高さは3.9mであるのに対し、新疆南部では温室の長さは50～80m、スパンは8m、温室の高さは3.6～4.0mであると考えています。また、温室のスパンは7m以上であるべきであり、スパンが8mの場合に保温効果が最も高くなると考えられています。さらに、陳衛謙氏らは、甘粛省酒泉市のゴビ地区に太陽熱温室を建設する場合、長さ、スパン、高さはそれぞれ80m、8～10m、3.8～4.2mが望ましいと考えています。

壁の蓄熱性と断熱性を向上させる

日中、壁は太陽光や室内空気の熱を吸収して蓄熱します。夜間、室内温度が壁面温度よりも低い場合、壁面は受動的に熱を放出し、温室を暖めます。温室の主要な蓄熱体である壁面は、蓄熱能力を向上させることで、夜間の室内温度環境を大幅に改善することができます。同時に、壁面の断熱機能は、温室の温熱環境の安定性の基盤となります。現在、壁面の蓄熱・断熱能力を向上させる方法はいくつかあります。

01 合理的な壁構造の設計

壁の機能は主に蓄熱と保温ですが、同時に、多くの温室の壁は屋根トラスを支える荷重部材も兼ねています。良好な温熱環境を得るという観点から、合理的な壁構造は、内側に十分な蓄熱容量があり、外側に十分な保温容量があり、不要な冷橋を減らす必要があります。壁の蓄熱と断熱の研究では、包恩才らは内モンゴルの烏海砂漠地帯で固化砂パッシブ蓄熱壁を設計しました。外側は多孔質レンガを断熱層とし、内側は固化砂を蓄熱層として使用しました。テストでは、晴れた日に室内温度が13.7℃に達することが示されました。馬躍紅らは新疆北部で麦殻モルタルブロック複合壁を設計しました。これは、モルタルブロックに生石灰を充填して蓄熱層とし、屋外にスラグバッグを積み重ねて断熱層とするものです。趙鵬らが甘粛省ゴビ地区で設計した中空ブロック壁は、外側に厚さ100mmのベンゼンボードを断熱層、内側に砂と中空ブロックレンガを蓄熱層として採用している。実験によると、冬の夜間平均気温は10℃を超えており、柴再生らも甘粛省ゴビ地区で砂と砂利を壁の断熱層と蓄熱層として採用している。冷橋を減らす点では、厳俊悦らは軽量で組み立てが簡単な背壁を設計し、壁の耐熱性を向上させるだけでなく、背壁の外側にポリスチレンボードを貼り付けることで壁の密閉性も向上させた。呉楽田らは、温室の壁の基礎の上に鉄筋コンクリートの環状梁を設置し、さらに環状梁のすぐ上に台形のレンガ積みで後屋根を支えることで、新疆ウイグル自治区和田市の温室でひび割れや基礎の沈下が発生しやすく、温室の断熱性に影響を与えていた問題を解決した。

02 適切な蓄熱・断熱材を選択する。

壁の蓄熱・断熱効果は、まず材料の選択にかかっています。西北砂漠、ゴビ砂漠、砂地などの地域では、現場の状況に合わせて、研究者たちが地元の材料を取り入れ、大胆に様々な種類の太陽熱温室の裏壁を設計しようと試みました。例えば、張国森らが甘粛省の砂利原に温室を建てた際、砂や砂利を壁の蓄熱・断熱層として使いました。趙鵬は中国西北地域のゴビ砂漠と砂漠の特性に合わせて、砂岩と中空ブロックを材料として一種の中空ブロック壁を設計しました。テストの結果、室内の平均夜間気温は10℃以上になりました。周昌吉らは中国西北地域のゴビ地域ではレンガや粘土などの建築資材が不足していることから、新疆キルギス・キジルス郡ゴビ地域の太陽熱温室を調査した際、現地の温室では壁材として小石が使われることが多いことを発見しました。玉石の熱性能と機械的強度から見て、玉石で建てられた温室は保温、蓄熱、耐荷重の面で優れた性能を持っています。同様に、張勇らも玉石を壁の主な材料として使い、山西省などで独立した蓄熱玉石背壁を設計しました。テストでは蓄熱効果が良好であることが示されています。張らは、ゴビ北西部の特性に合わせて一種の砂岩壁を設計し、室内温度を2.5℃上げることができます。また、馬躍紅らは新疆ウイグル自治区和田市でブロック充填砂壁、ブロック壁、レンガ壁の蓄熱量をテストしました。結果、ブロック充填砂壁の蓄熱量が最大であることが示されました。また、壁の蓄熱性能を向上させるために、研究者たちは新しい蓄熱材料や技術の開発に積極的に取り組んでいます。例えば、包恩才は、北西部の未耕作地域における太陽熱温室の背面壁の蓄熱性能を向上させるために、相変化硬化剤材料を提案しました。現地の材料探索によると、干草の山、スラグ、ベンゼンボード、藁なども壁材として使用されていますが、これらの材料は通常、保温機能しか持たず、蓄熱性能はありません。一般的に、砂利やブロックを敷き詰めた壁は、蓄熱性と断熱性に優れています。

03 壁厚を適切に増やす

通常、壁の断熱性能を測る上で、熱抵抗は重要な指標であり、熱抵抗に影響を与える要因は、材料の熱伝導率に加えて、材料層の厚さです。したがって、適切な断熱材を選定した上で、壁の厚さを適切に増やすことで、壁全体の熱抵抗を高め、壁を通じた熱損失を低減し、壁ひいては温室全体の断熱・蓄熱能力を高めることができます。例えば、甘粛省などの地域では、張掖市の土嚢壁の平均厚さは2.6mであるのに対し、酒泉市のモルタル積み壁は3.7mです。壁が厚いほど、断熱・蓄熱能力は高まります。しかし、壁が厚すぎると、敷地面積が増加し、温室建設コストも増加します。したがって、断熱性能向上の観点から、ポリスチレンやポリウレタンなどの熱伝導率が低い高断熱材を優先的に選定し、適切に厚さを増やすことも重要です。

リアルーフの合理的なデザイン

後屋根の設計では、日陰の影響を起こさず、断熱性能を高めることを主な考慮事項としています。後屋根への日陰の影響を減らすために、傾斜角度の設定は主に、作物の植え付けと生産の昼間に後屋根が直射日光を受けるという事実に基づいています。そのため、後屋根の仰角は、一般的に冬至の現地の太陽高度角7°～8°よりも良いように選択されます。たとえば、張才紅らは、新疆のゴビと塩性アルカリ地帯に太陽熱温室を建設する場合、後屋根の投影長さは1.6mであるため、新疆南部では後屋根の傾斜角度は40°、新疆北部では45°であると考えています。陳維謙らは、酒泉ゴビ地域の太陽熱温室の後屋根は40°に傾斜させる必要があると考えています。後屋根の断熱については、主に断熱材の選択、必要な厚さの設計、施工時の断熱材の適切な重ね継ぎによって断熱能力を確保する必要があります。

土壌の熱損失を減らす

冬の夜間、室内土壌の温度は屋外土壌よりも高くなるため、室内土壌の熱が熱伝導によって屋外に伝わり、温室熱の損失を引き起こします。土壌熱の損失を軽減する方法はいくつかあります。

01 土壌断熱

地面が適度に沈み、凍土層を避け、土壌を保温に利用します。例えば、柴再生らが河西回廊の未耕作地に開発した「1448三材一体」の太陽熱温室は、1メートル深く掘削して建設され、凍土層を効果的に避けています。トルファン地区の凍土の深さは0.8メートルであるという事実に基づき、王華敏らは温室の断熱能力を高めるために0.8メートル掘削することを提案しました。張国森らが非耕作地に二重アーチ二重膜掘削太陽熱温室の背面壁を建設した際、掘削深さは1メートルでした。実験では、従来の第二世代太陽熱温室と比較して、夜間の最低気温が2～3℃上昇しました。

02 基礎防寒

主な方法は、前面屋根の基礎部分に沿って防寒溝を掘り、断熱材を充填するか、基礎壁部分に沿って断熱材を連続的に地中に埋め込むことで、温室境界部における土壌を通じた熱伝達による熱損失を低減することを目的としています。使用される断熱材は、主に中国西北地域の現地事情に基づいており、干し草、鉱滓、ロックウール、ポリスチレンボード、トウモロコシのわら、馬糞、落ち葉、砕いた草、おがくず、雑草、わらなど、現地で入手可能なものを使用しています。

03 マルチフィルム

プラスチックフィルムで覆うことで、日中は太陽光がフィルムを通して土壌に到達し、土壌が太陽熱を吸収して温まります。さらに、プラスチックフィルムは土壌で反射する長波放射を遮断するため、土壌の放射損失が減少し、土壌の蓄熱量が増加します。夜間には、プラスチックフィルムは土壌と室内空気間の対流熱交換を阻害し、土壌の熱損失を減少させます。同時に、プラスチックフィルムは土壌水分の蒸発による潜熱損失も減少させます。魏文祥は青海高原の温室をプラスチックフィルムで覆った実験を行い、地表温度を約1℃上昇させることに成功しました。

フロントルーフの断熱性能を強化

温室の前面屋根は主要な放熱面であり、そこから失われる熱は温室全体の熱損失の75%以上を占めています。そのため、温室の前面屋根の断熱能力を強化することで、前面屋根からの熱損失を効果的に低減し、温室の冬の温度環境を改善することができます。現在、前面屋根の断熱能力を向上させるための主な対策は3つあります。

01 多層透明カバーを採用。

構造的には、温室の光透過面に二重フィルムや三層フィルムを使用することで、温室の断熱性能を効果的に向上させることができます。例えば、張国森らは酒泉市ゴビ地区で二重アーチ二重フィルム掘削式ソーラー温室を設計しました。温室前屋根の外側はEVAフィルムで作られ、温室の内側はPVCの滴りにくい老化防止フィルムで作られています。実験によると、従来の第二世代ソーラー温室と比較して、断熱効果が抜群で、夜間の最低気温が平均2～3℃上昇しました。同様に、張景舍らは高緯度および厳寒地域の気候特性に合わせて二重フィルム被覆のソーラー温室を設計し、温室の断熱性を大幅に向上させました。対照温室と比較して、夜間の気温は3℃上昇しました。さらに、呉楽天らは、新疆ウイグル自治区の和田砂漠地帯に設計された太陽熱温室の前面屋根に、厚さ0.1mmのEVAフィルムを3層重ねて設置する実験を行いました。多層フィルムは前面屋根の熱損失を効果的に低減しますが、単層フィルムの光透過率は基本的に約90%であるため、多層フィルムの使用は必然的に光透過率の減衰につながります。したがって、多層光透過性被覆材を選択する際には、温室の照明条件と照明要件を十分に考慮する必要があります。

02 フロントルーフの夜間断熱を強化

前屋根には日中の光透過率を高めるためプラスチックフィルムが使用されているが、夜間は温室全体で最も弱い場所となる。そのため、前屋根の外側を厚い複合断熱キルトで覆うことは、太陽熱温室にとって必要な断熱対策である。例えば、青海省高山地域では、劉延潔らがわらのカーテンとクラフト紙を断熱キルトとして使用して実験を行った。実験結果によると、夜間の温室内の最低気温は7.7℃以上に達する可能性がある。さらに、魏文祥は、この地域で二重の草カーテンやクラフト紙の外草カーテンを断熱に使用することで、温室の熱損失を90％以上削減できると考えている。また、鄒萍らは新疆ゴビ地区の太陽熱温室に再生繊維ニードルフェルト断熱キルトを使用し、張美美らは河西回廊ゴビ地区の太陽熱温室に断熱サンドイッチ綿断熱キルトを使用した。 現在、太陽熱温室に使用されている断熱キルトの種類は多種多様であるが、そのほとんどはニードルフェルト、糊塗り綿、パール綿などで作られ、両面に防水または老化防止の表面層が施されている。 断熱キルトの断熱メカニズムによると、断熱性能を向上させるには、まず熱抵抗を向上させ、熱伝達係数を下げる必要があり、主な対策は材料の熱伝導率を下げる、材料層の厚さを増やす、または材料層の数を増やすなどである。 そのため、現在、断熱性能の高い断熱キルトの芯材は、多層複合材料で作られることが多い。試験によると、現在、高断熱性能を備えた断熱キルトの熱伝達率は0.5W/(m²℃)に達し、冬季の寒冷地における温室の断熱性能をより確実に保証します。もちろん、北西部は風が強く、埃っぽく、紫外線も強いため、断熱表層は優れた耐老化性能を備えている必要があります。

03 内部に断熱カーテンを追加します。

日光温室の前面屋根は夜間に外断熱キルトで覆われていますが、温室全体の他の構造から見ると、前面屋根は夜間に温室全体にとって依然として脆弱な場所です。そのため、「西北非耕作地温室の構造と建設技術」プロジェクトチームは、前足部の固定式内部断熱カーテンと上部空間の可動式内部断熱カーテンからなる構造のシンプルな内部断熱ロールアップシステムを設計しました（図1）。上部の可動式断熱カーテンは、日中に温室の後ろの壁に開いたり折りたたんだりして、温室の照明に影響を与えません。下部の固定式断熱キルトは夜間の密閉の役割を果たします。内部断熱設計はすっきりとしていて操作が簡単で、夏には日よけや冷却の役割も果たします。

アクティブウォーミングテクノロジー

中国北西部の冬の気温が低いため、温室での保温や蓄熱だけに頼っていては、寒さの中での農作物の越冬生産の要求を満たすことができないため、積極的な温暖化対策も検討されています。

太陽エネルギー貯蔵および放熱システム

壁が保温、蓄熱、荷重支持の機能を担っていることが、太陽熱温室の建設コストの高さと土地利用率の低さにつながっている重要な理由です。そのため、太陽熱温室の簡素化と組み立ては、今後の重要な発展方向となるでしょう。その中でも、壁の機能の簡素化は、壁の蓄熱・放熱機能を解放し、背面の壁が保温機能のみを担うようにすることで、開発を簡素化する有効な手段となります。例えば、方輝の能動蓄放熱システム（図2）は、甘粛、寧夏、新疆などの非耕作地域で広く利用されています。その集熱装置は北側の壁に掛けられています。日中は集熱装置で集められた熱が蓄熱媒体の循環によって蓄熱体に蓄えられ、夜間は蓄熱媒体の循環によって放熱・加熱され、時間と空間における熱伝達を実現します。実験では、この装置を用いることで温室内の最低気温を3～5℃上昇させることができることが示されています。王志偉らは、新疆南部砂漠地帯の太陽熱温室に水幕加熱システムを提案し、夜間の温室温度を2.1℃上昇させることができました。

また、包恩才らは北壁のアクティブ蓄熱循環システムを設計した。昼間、軸流ファンの循環により、室内の熱気が北壁に埋め込まれた伝熱ダクトを流れ、伝熱ダクトが壁内の蓄熱層と熱交換することで、壁の蓄熱能力が大幅に向上する。また、厳延涛らが設計した太陽熱相変化蓄熱システムは、昼間、太陽熱集熱器を通じて相変化材料に熱を蓄え、夜間に空気循環を通じて室内空気に熱を放出することで、夜間の平均気温を2.0℃上昇させることができる。上記の太陽エネルギー利用技術と設備は、経済性、省エネ性、低炭素性などの特徴を備えており、最適化と改良を経て、中国西北地域の太陽エネルギー資源が豊富な地域での応用見通しが良好である。

その他の補助加熱技術

01 バイオマスエネルギー暖房

温室内の土壌には、敷料、藁、牛糞、羊糞、鶏糞などが生物バクテリアと混ぜて埋められます。発酵の過程では大量の熱が発生し、多くの有益な菌株、有機物、二酸化炭素が生成されます。有益な菌株は様々な細菌を抑制・殺菌し、温室の病害虫の発生を抑えることができます。有機物は作物の肥料となり、発生した二酸化炭素は作物の光合成を促進します。例えば、魏文祥は青海高原の太陽熱温室の室内土壌に馬糞、牛糞、羊糞などの高温有機肥料を埋め、地表温度を効果的に上昇させました。甘粛砂漠地帯の太陽熱温室では、周志龍が作物の合間に藁と有機肥料を使って発酵させました。実験では、温室の温度を2～3℃上昇させることが示されました。

02 石炭暖房

人工炉、省エネ給湯器、暖房などがある。例えば、魏文祥は青海高原での調査で、現地では主に人工炉による暖房が利用されていることを発見した。この暖房方法は、加熱が速く、暖房効果が顕著であるという利点がある。しかし、石炭を燃焼させる過程でSO2、CO、H2Sなどの有害ガスが発生するため、有害ガスの排出を徹底する必要がある。

03 電気暖房

温室の前面屋根を電熱線で暖めるか​​、電気ヒーターを使用する。暖房効果は顕著で、使用は安全で、温室内に汚染物質を発生せず、暖房設備の制御も容易である。陳衛謙氏らは、酒泉地域における冬季の凍害問題がゴビ農業の発展を阻害していると考えており、電気発熱体を用いて温室を暖めることは有効であると考えている。しかし、高品質の電気エネルギー資源を使用するため、エネルギー消費量が多く、コストも高くなる。そのため、極寒時の緊急暖房として一時的な利用を推奨する。

環境管理対策

温室の製造・使用過程において、設備が完備し正常に稼働しているだけでは、温熱環境が設計要件を満たしていることを効果的に保証することはできません。実際、設備の使用と管理は温熱環境の形成と維持において重要な役割を果たしており、その中で最も重要なのは断熱材と通気口の日常的な管理です。

保温キルトの管理

断熱キルトは前屋根の夜間断熱の鍵となるため、日常の管理とメンテナンスを徹底することが非常に重要です。特に以下の点に注意する必要があります。 ①断熱キルトの開閉時間を適切に選択する。断熱キルトの開閉時間は、温室の照明時間だけでなく、温室内の加熱プロセスにも影響します。断熱キルトの開閉が早すぎても遅すぎても、熱の収集に役立ちません。午前中にキルトを早く開けると、外気温が低く光が弱いため、室内温度が下がりすぎます。逆に、キルトの開ける時間が遅すぎると、温室内の光の受容時間が短くなり、室内温度の上昇時間が遅くなります。午後に断熱キルトを早く消すと、室内の露出時間が短くなり、室内の土壌や壁の蓄熱量が低下します。逆に、保温のスイッチを切るのが遅すぎると、外気温が低く光が弱いため、温室の放熱量が増加します。そのため、一般的には、朝に保温布団をオンにする場合は1〜2℃下がってから温度を上昇させ、保温布団をオフにする場合は1〜2℃下がってから温度を上昇させるのがよいでしょう。 ②保温布団を閉める際は、保温布団が前面の屋根全体をしっかりと覆っているかどうかに注意し、隙間があれば適時に調整してください。 ③保温布団を完全に敷いた後、下部が圧縮されているかどうかを確認し、夜間の風で保温効果が吹き飛ばされないようにします。 ④保温布団を適時に点検・メンテナンスし、特に保温布団が破損している場合は、適時に修理または交換してください。 ⑤気象条件に適時に注意してください。雨や雪が降ったときは、適時に保温キルトを覆い、適時に雪を取り除いてください。

通気孔の管理

冬季の換気の目的は、正午ごろの高温を避けるため、気温を調整することです。2つ目は、室内の湿気を除去し、温室内の湿度を下げ、害虫や病気を防除することです。3つ目は、室内の二酸化炭素濃度を高め、作物の成長を促進することです。しかし、換気と保温は相反する関係にあります。換気が適切に管理されていないと、低温問題につながる可能性があります。そのため、温室の環境条件に応じて、換気口をいつ、どのくらい開けるかを動的に調整する必要があります。西北の非耕作地域では、温室の換気口の管理は主に手動操作と簡単な機械換気の2つの方法に分かれています。しかし、換気口の開閉時間と換気時間は、主に人の主観的な判断に基づいているため、換気口が早すぎたり遅すぎたりすることがあります。上記の問題を解決するために、Yin Yileiなどは、室内環境の変化に応じて換気口の開閉時間と開閉サイズを決定できる屋根インテリジェント換気装置を設計しました。環境変化の法則と作物の需要に関する研究の深化、環境認識、情報収集、分析、制御などの技術と設備の普及と進歩に伴い、太陽熱温室の換気管理の自動化は今後の重要な発展方向となるはずです。

その他の管理措置

各種の小屋用フィルムは、使用過程において、その光透過能力が徐々に低下していきます。その低下速度は、フィルム自体の物理的特性だけでなく、使用中の周囲の環境や管理にも関係しています。使用過程において、光透過性能の低下につながる最も重要な要因は、フィルム表面の汚染です。そのため、定期的な清掃と、条件が許せば清掃を行うことが非常に重要です。また、温室の囲い構造は定期的に点検する必要があります。壁や前面の屋根に漏れがある場合は、温室が冷気の浸入の影響を受けないように、速やかに修理する必要があります。

既存の問題と開発の方向性

研究者たちは長年にわたり、西北地域の未耕作地における温室の保温・貯蔵技術、管理技術、加温方法を模索・研究し、野菜の越冬生産を基本的に実現し、温室の低温冷害抵抗能力を大幅に向上させ、野菜の越冬生産を基本的に実現しました。これは、中国における食糧と野菜の土地争奪の矛盾を緩和することに歴史的な貢献を果たしました。しかし、中国西北地域の温度保証技術には、依然として以下の問題が残っています。

アップグレード対象となる温室の種類

現在、温室は20世紀後半から今世紀初頭にかけて建設された一般的なタイプの温室が依然として多く、構造が単純で設計が不合理、温室の熱環境維持能力や自然災害への耐性が低く、標準化も不足しています。そのため、今後の温室設計では、地域の地理的緯度と気候特性を十分に考慮し、前面屋根の形状と傾斜、温室の方位角、後壁の高さ、温室の沈下深度などを標準化する必要があります。同時に、温室には可能な限り1種類の作物のみを栽培し、栽培作物の光と温度の要求に合わせて標準化された温室マッチングを行う必要があります。

温室規模は比較的小さいです。

温室規模が小さすぎると、温室内の温熱環境の安定性と機械化の発展に悪影響を及ぼします。労働コストの漸進的な上昇に伴い、機械化の発展は今後の重要な方向です。そのため、今後は地域の発展レベルを基盤とし、機械化発展のニーズを考慮し、温室の内部空間と配置を合理的に設計し、地域に適した農業機器の研究開発を加速し、温室生産の機械化率を向上させる必要があります。同時に、作物や栽培パターンのニーズに応じて、関連機器を標準に適合させ、換気、湿度低減、保温、加熱設備の統合的な研究開発、革新、普及を推進する必要があります。

砂や中空ブロックなどの壁の厚さはやはり厚いです。

壁が厚すぎると、断熱効果は良いものの、土壌の利用率が低下し、コストと施工の難易度が上昇します。そのため、今後の発展においては、一方では、現地の気候条件に合わせて壁の厚さを科学的に最適化することができます。他方では、温室の背壁が保温機能のみを保持するように、太陽熱集熱器などの設備を使用して壁の蓄熱・放熱に代わる、軽量で簡素化された開発を推進する必要があります。太陽熱集熱器は、集熱効率が高く、集熱能力が強く、省エネ、低炭素などの特性があり、その多くは能動的な調節と制御を実現でき、夜間の温室の環境要求に応じて、ターゲットを絞った発熱加熱を行うことができ、熱利用効率が高くなります。

特殊な断熱キルトの開発が必要です。

温室前屋根は温室の放熱主体であり、保温布団の断熱性能は室内の温熱環境に直接影響を及ぼします。現在、一部の地域では温室の温度環境が良好とは言えず、その理由の一つとして保温布団が薄すぎることや、素材の断熱性能が不十分なことが挙げられます。同時に、保温布団は防水性や透湿性が低い、表層材や芯材が老化しやすいなどの問題も抱えています。そのため、今後は地域の気候特性や要求に応じて適切な保温材を科学的に選定し、地域の使用や普及に適した専用の保温布団製品を設計・開発する必要があります。

終わり

引用情報

羅甘良、程潔宇、王平志、他. 西北未耕作地における太陽熱温室の環境温度保証技術の研究現状[J]. 農業工学技術、2022、42(28):12-20.