Li Jianming, Sun Guotao, etc.Technologie d'ingénierie agricole horticole sous serre2022-11-21 17:42 Publié à Pékin

Ces dernières années, l'industrie des serres s'est vigoureusement développée.Le développement de la serre améliore non seulement le taux d'utilisation des terres et le taux de production des produits agricoles, mais résout également le problème d'approvisionnement en fruits et légumes en contre-saison.Cependant, la serre a également rencontré des défis sans précédent.Les installations originales, les méthodes de chauffage et les formes structurelles ont produit une résistance à l'environnement et au développement.De nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions sont nécessaires de toute urgence pour modifier la structure de la serre, et de nouvelles sources d'énergie sont nécessaires de toute urgence pour atteindre les objectifs de conservation de l'énergie et de protection de l'environnement, et augmenter la production et les revenus.

Cet article aborde le thème de "nouvelle énergie, nouveaux matériaux, nouveau design pour aider la nouvelle révolution des serres", y compris la recherche et l'innovation de l'énergie solaire, de l'énergie de la biomasse, de l'énergie géothermique et d'autres nouvelles sources d'énergie en serre, la recherche et l'application de nouveaux matériaux pour la couverture, l'isolation thermique, les murs et autres équipements, et la perspective d'avenir et la réflexion sur les nouvelles énergies, les nouveaux matériaux et la nouvelle conception pour aider la réforme des serres, afin de fournir une référence pour l'industrie.

Développer l'agriculture de facilité est l'exigence politique et le choix incontournable pour mettre en œuvre l'esprit des importantes instructions et la prise de décision du gouvernement central.En 2020, la superficie totale de l'agriculture protégée en Chine sera de 2,8 millions de hm2 et la valeur de la production dépassera 1 000 milliards de yuans.C'est un moyen important d'améliorer la capacité de production des serres pour améliorer les performances d'éclairage et d'isolation thermique des serres grâce à de nouvelles énergies, de nouveaux matériaux et une nouvelle conception de serres.La production en serre traditionnelle présente de nombreux inconvénients, tels que le charbon, le mazout et d'autres sources d'énergie utilisées pour le chauffage et le chauffage dans les serres traditionnelles, ce qui entraîne une grande quantité de dioxyde de gaz, qui pollue gravement l'environnement, tandis que le gaz naturel, l'énergie électrique et d'autres sources d'énergie augmentent le coût d'exploitation des serres.Les matériaux traditionnels de stockage de chaleur pour les murs des serres sont principalement l'argile et les briques, qui consomment beaucoup et causent de graves dommages aux ressources terrestres.L'efficacité d'utilisation des terres de la serre solaire traditionnelle avec mur de terre n'est que de 40 % à 50 %, et la serre ordinaire a une faible capacité de stockage de chaleur, de sorte qu'elle ne peut pas passer l'hiver pour produire des légumes chauds dans le nord de la Chine.Par conséquent, le cœur de la promotion du changement à effet de serre, ou de la recherche fondamentale, réside dans la conception des serres, la recherche et le développement de nouveaux matériaux et de nouvelles énergies.Cet article se concentrera sur la recherche et l'innovation de nouvelles sources d'énergie dans les serres, résumera l'état de la recherche de nouvelles sources d'énergie telles que l'énergie solaire, l'énergie de la biomasse, l'énergie géothermique, l'énergie éolienne et les nouveaux matériaux de revêtement transparents, les matériaux d'isolation thermique et les matériaux muraux dans serre, analysez l'application de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux dans la construction de nouvelles serres et attendez avec impatience leur rôle dans le développement et la transformation futurs de serres.

Recherche et innovation des nouvelles énergies à effet de serre

La nouvelle énergie verte avec le plus grand potentiel d'utilisation agricole comprend l'énergie solaire, l'énergie géothermique et l'énergie de la biomasse, ou l'utilisation complète d'une variété de nouvelles sources d'énergie, afin de parvenir à une utilisation efficace de l'énergie en apprenant des points forts de chacun.

énergie/puissance solaire

La technologie de l'énergie solaire est un mode d'approvisionnement énergétique à faible émission de carbone, efficace et durable, et c'est une composante importante des industries émergentes stratégiques de la Chine.Cela deviendra un choix inévitable pour la transformation et la modernisation de la structure énergétique de la Chine à l'avenir.Du point de vue de l'utilisation de l'énergie, la serre elle-même est une structure d'installation pour l'utilisation de l'énergie solaire.Grâce à l'effet de serre, l'énergie solaire est collectée à l'intérieur, la température de la serre est augmentée et la chaleur nécessaire à la croissance des cultures est fournie.La principale source d'énergie de la photosynthèse des plantes de serre est la lumière directe du soleil, qui est l'utilisation directe de l'énergie solaire.

01 Production d'énergie photovoltaïque pour générer de la chaleur

La production d'énergie photovoltaïque est une technologie qui convertit directement l'énergie lumineuse en énergie électrique basée sur l'effet photovoltaïque.L'élément clé de cette technologie est la cellule solaire.Lorsque l'énergie solaire brille sur le réseau de panneaux solaires en série ou en parallèle, les composants semi-conducteurs convertissent directement l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique.La technologie photovoltaïque peut convertir directement l'énergie lumineuse en énergie électrique, stocker l'électricité grâce à des batteries et chauffer la serre la nuit, mais son coût élevé limite son développement ultérieur.Le groupe de recherche a développé un dispositif de chauffage photovoltaïque au graphène, qui se compose de panneaux photovoltaïques flexibles, d'une machine de contrôle inverse tout-en-un, d'une batterie de stockage et d'une tige chauffante en graphène.Selon la longueur de la ligne de plantation, la tige chauffante en graphène est enterrée sous le sac de substrat.Pendant la journée, les panneaux photovoltaïques absorbent le rayonnement solaire pour générer de l'électricité et la stocker dans la batterie de stockage, puis l'électricité est restituée la nuit pour la tige chauffante en graphène.Dans la mesure réelle, le mode de contrôle de la température commençant à 17℃ et se fermant à 19℃ est adopté.Fonctionnant la nuit (20h00-08h00 le deuxième jour) pendant 8 heures, la consommation d'énergie pour chauffer une seule rangée de plantes est de 1,24 kW·h et la température moyenne du sac de substrat la nuit est de 19,2℃, qui est de 3,5 ~ 5,3 ℃ supérieur à celui du contrôle.Cette méthode de chauffage associée à la production d'énergie photovoltaïque résout les problèmes de forte consommation d'énergie et de forte pollution dans le chauffage des serres en hiver.

02 conversion photothermique et utilisation

La conversion photothermique solaire fait référence à l'utilisation d'une surface spéciale de collecte de la lumière du soleil constituée de matériaux de conversion photothermique pour collecter et absorber autant d'énergie solaire rayonnée que possible et la convertir en énergie thermique.Par rapport aux applications solaires photovoltaïques, les applications solaires photothermiques augmentent l'absorption de la bande proche infrarouge, de sorte qu'elles ont une plus grande efficacité d'utilisation de l'énergie de la lumière du soleil, un coût inférieur et une technologie mature, et constituent le moyen le plus largement utilisé d'utilisation de l'énergie solaire.

La technologie la plus mature de conversion et d'utilisation photothermiques en Chine est le capteur solaire, dont le composant central est le noyau de la plaque absorbant la chaleur avec un revêtement d'absorption sélectif, qui peut convertir l'énergie du rayonnement solaire traversant la plaque de couverture en énergie thermique et transmettre vers le milieu de travail absorbant la chaleur.Les capteurs solaires peuvent être divisés en deux catégories selon qu'il y a ou non un espace sous vide dans le capteur : les capteurs solaires plans et les capteurs solaires à tubes sous vide ;des capteurs solaires à concentration et des capteurs solaires sans concentration selon que le rayonnement solaire au niveau du port d'éclairage naturel change de direction ;et capteurs solaires à liquide et capteurs solaires à air selon le type de fluide caloporteur.

L'utilisation de l'énergie solaire dans les serres est principalement réalisée par différents types de capteurs solaires.L'Université Ibn Zor au Maroc a développé un système de chauffage à énergie solaire active (ASHS) pour le réchauffement des serres, qui peut augmenter la production totale de tomates de 55 % en hiver.L'Université agricole de Chine a conçu et développé un ensemble de système de collecte et de décharge de ventilateur de refroidisseur de surface, avec une capacité de collecte de chaleur de 390,6 à 693,0 MJ, et a proposé l'idée de séparer le processus de collecte de chaleur du processus de stockage de chaleur par pompe à chaleur.L'Université de Bari en Italie a développé un système de chauffage à polygénération de serre, qui se compose d'un système d'énergie solaire et d'une pompe à chaleur air-eau, et peut augmenter la température de l'air de 3,6 % et la température du sol de 92 %.Le groupe de recherche a développé une sorte d'équipement de collecte de chaleur solaire actif avec un angle d'inclinaison variable pour la serre solaire, et un dispositif de stockage de chaleur de support pour le plan d'eau de la serre à travers le temps.La technologie de collecte de chaleur solaire active à inclinaison variable permet de dépasser les limites des équipements traditionnels de collecte de chaleur des serres, telles que la capacité limitée de collecte de chaleur, l'ombrage et l'occupation des terres cultivées.En utilisant la structure de serre spéciale de la serre solaire, l'espace de non-plantation de la serre est pleinement utilisé, ce qui améliore considérablement l'efficacité d'utilisation de l'espace de la serre.Dans des conditions de travail ensoleillées typiques, le système de collecte de chaleur solaire actif à inclinaison variable atteint 1,9 MJ/(m2h), l'efficacité d'utilisation de l'énergie atteint 85,1 % et le taux d'économie d'énergie est de 77 %.Dans la technologie de stockage de chaleur à effet de serre, la structure de stockage de chaleur à changement multiphase est définie, la capacité de stockage de chaleur du dispositif de stockage de chaleur est augmentée et la libération lente de chaleur du dispositif est réalisée, de manière à réaliser l'utilisation efficace de la chaleur collectée par l'équipement de collecte de chaleur solaire de la serre.

énergie biomasse

Une nouvelle structure d'installation est construite en combinant le dispositif de production de chaleur de la biomasse avec la serre, et les matières premières de la biomasse telles que le fumier de porc, les résidus de champignons et la paille sont compostées pour brasser de la chaleur, et l'énergie thermique générée est directement fournie à la serre [ 5].Par rapport à la serre sans réservoir de chauffage de fermentation de biomasse, la serre chauffante peut augmenter efficacement la température du sol dans la serre et maintenir la température appropriée des racines des cultures cultivées dans le sol dans le climat normal en hiver.Prenant l'exemple d'une serre monocouche à isolation thermique asymétrique d'une portée de 17m et d'une longueur de 30m, ajouter 8m de déchets agricoles (paille de tomate et fumier de porc mélangés) dans la cuve de fermentation intérieure pour une fermentation naturelle sans retourner le tas peut augmenter la température quotidienne moyenne de la serre de 4,2 ℃ en hiver, et la température minimale quotidienne moyenne peut atteindre 4,6 ℃.

L'utilisation de l'énergie de la fermentation contrôlée de la biomasse est une méthode de fermentation qui utilise des instruments et des équipements pour contrôler le processus de fermentation afin d'obtenir rapidement et d'utiliser efficacement l'énergie thermique de la biomasse et les engrais gazeux CO2, parmi lesquels la ventilation et l'humidité sont les facteurs clés pour réguler la chaleur de fermentation. et la production de gaz de la biomasse.Dans des conditions ventilées, les micro-organismes aérobies du tas de fermentation utilisent l'oxygène pour les activités de la vie, et une partie de l'énergie générée est utilisée pour leurs propres activités de la vie, et une partie de l'énergie est libérée dans l'environnement sous forme d'énergie thermique, ce qui est bénéfique pour la température montée de l'environnement.L'eau participe à l'ensemble du processus de fermentation, fournissant les nutriments solubles nécessaires aux activités microbiennes et libérant en même temps la chaleur du tas sous forme de vapeur à travers l'eau, de manière à réduire la température du tas, prolonger la durée de vie de micro-organismes et augmenter la température globale du tas.L'installation d'un dispositif de lixiviation de la paille dans la cuve de fermentation peut augmenter la température intérieure de 3 à 5 ℃ en hiver, renforcer la photosynthèse des plantes et augmenter le rendement des tomates de 29,6 %.

L'énergie géothermique

La Chine est riche en ressources géothermiques.À l'heure actuelle, le moyen le plus courant pour les installations agricoles d'utiliser l'énergie géothermique consiste à utiliser une pompe à chaleur géothermique, qui peut transférer de l'énergie thermique de faible qualité à une énergie thermique de haute qualité en apportant une petite quantité d'énergie de haute qualité (telle que énergie électrique).Différent des mesures traditionnelles de chauffage des serres, le chauffage par pompe à chaleur géothermique peut non seulement obtenir un effet de chauffage significatif, mais également avoir la capacité de refroidir la serre et de réduire l'humidité dans la serre.La recherche d'application de la pompe à chaleur géothermique dans le domaine de la construction de logements est mature.La partie centrale qui affecte la capacité de chauffage et de refroidissement de la pompe à chaleur géothermique est le module d'échange de chaleur souterrain, qui comprend principalement des tuyaux enterrés, des puits souterrains, etc. Comment concevoir un système d'échange de chaleur souterrain avec un coût et un effet équilibrés a toujours fait l'objet de la recherche de cette partie.Dans le même temps, le changement de température de la couche de sol souterrain dans l'application de la pompe à chaleur géothermique affecte également l'effet d'utilisation du système de pompe à chaleur.L'utilisation de la pompe à chaleur géothermique pour refroidir la serre en été et stocker l'énergie thermique dans la couche profonde du sol peut atténuer la chute de température de la couche souterraine du sol et améliorer l'efficacité de la production de chaleur de la pompe à chaleur géothermique en hiver.

À l'heure actuelle, dans la recherche de la performance et de l'efficacité de la pompe à chaleur géothermique, à travers les données expérimentales réelles, un modèle numérique est établi avec des logiciels tels que TOUGH2 et TRNSYS, et il est conclu que la performance de chauffage et le coefficient de performance (COP ) de la pompe à chaleur géothermique peut atteindre 3,0 ~ 4,5, ce qui a un bon effet de refroidissement et de chauffage.Dans la recherche de la stratégie de fonctionnement du système de pompe à chaleur, Fu Yunzhun et d'autres ont constaté que par rapport au débit côté charge, le débit côté source souterraine a un impact plus important sur les performances de l'unité et les performances de transfert de chaleur du tuyau enterré. .Dans des conditions de réglage du débit, la valeur COP maximale de l'unité peut atteindre 4,17 en adoptant le schéma de fonctionnement de fonctionnement pendant 2 heures et d'arrêt pendant 2 heures ;Shi Huixian et.adopté un mode de fonctionnement intermittent du système de refroidissement du stockage de l'eau.En été, lorsque la température est élevée, le COP de l'ensemble du système d'alimentation en énergie peut atteindre 3,80.

Technologie de stockage de chaleur dans le sol profond en serre

Le stockage de chaleur dans le sol profond en serre est également appelé « banque de stockage de chaleur » en serre.Les dommages causés par le froid en hiver et les températures élevées en été sont les principaux obstacles à la production en serre.Sur la base de la forte capacité de stockage de chaleur du sol profond, le groupe de recherche a conçu un dispositif souterrain de stockage de chaleur en profondeur à effet de serre.L'appareil est un pipeline de transfert de chaleur parallèle à double couche enterré à une profondeur de 1,5 à 2,5 m sous terre dans la serre, avec une entrée d'air au sommet de la serre et une sortie d'air au sol.Lorsque la température dans la serre est élevée, l'air intérieur est pompé de force dans le sol par un ventilateur pour réaliser le stockage de la chaleur et la réduction de la température.Lorsque la température de la serre est basse, la chaleur est extraite du sol pour réchauffer la serre.Les résultats de production et d'application montrent que l'appareil peut augmenter la température de la serre de 2,3 ℃ la nuit d'hiver, réduire la température intérieure de 2,6 ℃ le jour d'été et augmenter le rendement des tomates de 1500 kg à 667 m².L'appareil utilise pleinement les caractéristiques de "chaud en hiver et frais en été" et de "température constante" du sol souterrain profond, fournit une "banque d'accès à l'énergie" pour la serre et remplit en permanence les fonctions auxiliaires de refroidissement et de chauffage de la serre .

Coordination multi-énergies

L'utilisation de deux types d'énergie ou plus pour chauffer la serre peut efficacement compenser les inconvénients d'un seul type d'énergie et faire jouer l'effet de superposition "un plus un est supérieur à deux".La coopération complémentaire entre l'énergie géothermique et l'énergie solaire est un point chaud de la recherche sur l'utilisation des nouvelles énergies dans la production agricole ces dernières années.Emmi et.ont étudié un système énergétique multi-sources (Figure 1), qui est équipé d'un capteur solaire hybride photovoltaïque-thermique.Par rapport au système de pompe à chaleur air-eau commun, l'efficacité énergétique du système d'énergie multi-sources est améliorée de 16 % à 25 %.Zheng et.a développé un nouveau type de système de stockage de chaleur couplé à l'énergie solaire et à une pompe à chaleur géothermique.Le système de capteurs solaires peut réaliser un stockage saisonnier de haute qualité du chauffage, c'est-à-dire un chauffage de haute qualité en hiver et un refroidissement de haute qualité en été.L'échangeur de chaleur à tubes enterrés et le réservoir de stockage de chaleur intermittent peuvent tous bien fonctionner dans le système, et la valeur COP du système peut atteindre 6,96.

Combiné à l'énergie solaire, il vise à réduire la consommation d'énergie commerciale et à améliorer la stabilité de l'alimentation en énergie solaire dans les serres.Wan Ya et.proposer un nouveau schéma de technologie de contrôle intelligent combinant la production d'énergie solaire avec l'énergie commerciale pour le chauffage des serres, qui peut utiliser l'énergie photovoltaïque lorsqu'il y a de la lumière, et la transformer en énergie commerciale lorsqu'il n'y a pas de lumière, réduisant considérablement la pénurie d'énergie de charge taux, et en réduisant le coût économique sans utiliser de piles.

L'énergie solaire, l'énergie de la biomasse et l'énergie électrique peuvent chauffer conjointement les serres, ce qui peut également atteindre une efficacité de chauffage élevée.Zhang Liangrui et d'autres ont combiné la collecte de chaleur du tube à vide solaire avec le réservoir d'eau de stockage de chaleur de l'électricité de la vallée.Le système de chauffage de la serre a un bon confort thermique et l'efficacité de chauffage moyenne du système est de 68,70 %.Le réservoir d'eau de stockage de chaleur électrique est un dispositif de stockage d'eau de chauffage à la biomasse avec chauffage électrique.La température la plus basse d'entrée d'eau à l'extrémité de chauffage est réglée, et la stratégie de fonctionnement du système est déterminée en fonction de la température de stockage de l'eau de la partie de collecte de chaleur solaire et de la partie de stockage de chaleur de la biomasse, de manière à obtenir une température de chauffage stable à la fin de chauffage et économisez au maximum l'énergie électrique et les matériaux énergétiques de la biomasse.

Recherche innovante et application de nouveaux matériaux de serre

Avec l'expansion de la surface de serre, les inconvénients d'application des matériaux de serre traditionnels tels que les briques et le sol sont de plus en plus révélés.Par conséquent, afin d'améliorer encore les performances thermiques de la serre et de répondre aux besoins de développement de la serre moderne, il existe de nombreuses recherches et applications de nouveaux matériaux de revêtement transparents, de matériaux d'isolation thermique et de matériaux de paroi.

Recherche et application de nouveaux matériaux de revêtement transparents

Les types de matériaux de revêtement transparents pour serre comprennent principalement le film plastique, le verre, le panneau solaire et le panneau photovoltaïque, parmi lesquels le film plastique a le plus grand domaine d'application.Le film PE à effet de serre traditionnel présente les défauts de courte durée de vie, de non-dégradation et de fonction unique.À l'heure actuelle, une variété de nouveaux films fonctionnels ont été développés en ajoutant des réactifs ou des revêtements fonctionnels.

Film de conversion de lumière :Le film de conversion de lumière modifie les propriétés optiques du film en utilisant des agents de conversion de lumière tels que des terres rares et des nanomatériaux, et peut convertir la région de la lumière ultraviolette en lumière rouge orange et lumière bleu violet requise par la photosynthèse des plantes, augmentant ainsi le rendement des cultures et réduisant les dommages causés par la lumière ultraviolette aux cultures et aux films de serre dans les serres en plastique.Par exemple, le film de serre violet à rouge à large bande avec l'agent de conversion de lumière VTR-660 peut améliorer considérablement la transmission infrarouge lorsqu'il est appliqué en serre, et par rapport à la serre témoin, le rendement de tomates par hectare, la teneur en vitamine C et en lycopène sont significativement augmentés de 25,71%, 11,11% et 33,04% respectivement.Cependant, à l'heure actuelle, la durée de vie, la dégradabilité et le coût du nouveau film de conversion de lumière doivent encore être étudiés.

Verre dispersé: Le verre dispersé dans la serre est un motif spécial et une technologie anti-reflet sur la surface du verre, qui peut maximiser la lumière du soleil en lumière diffusée et pénétrer dans la serre, améliorer l'efficacité de la photosynthèse des cultures et augmenter le rendement des cultures.Le verre diffusant transforme la lumière entrant dans la serre en lumière diffusée à travers des motifs spéciaux, et la lumière diffusée peut être irradiée plus uniformément dans la serre, éliminant ainsi l'influence de l'ombre du squelette sur la serre.Comparé au verre flotté ordinaire et au verre flotté ultra-blanc, la norme de transmission de la lumière du verre diffusant est de 91,5 % et celle du verre flotté ordinaire est de 88 %.Pour chaque augmentation de 1 % de la transmission de la lumière à l'intérieur de la serre, le rendement peut être augmenté d'environ 3 %, et le sucre soluble et la vitamine C dans les fruits et légumes ont augmenté.Le verre de diffusion dans la serre est d'abord enduit puis trempé, et le taux d'auto-explosion est supérieur à la norme nationale, atteignant 2 ‰.

Recherche et application de nouveaux matériaux d'isolation thermique

Les matériaux d'isolation thermique traditionnels dans les serres comprennent principalement le tapis de paille, la couette en papier, la couette d'isolation thermique en feutre aiguilleté, etc., qui sont principalement utilisés pour l'isolation thermique interne et externe des toits, l'isolation des murs et l'isolation thermique de certains dispositifs de stockage et de collecte de chaleur .La plupart d'entre eux ont le défaut de perdre les performances d'isolation thermique en raison de l'humidité interne après une utilisation à long terme.Par conséquent, il existe de nombreuses applications de nouveaux matériaux à haute isolation thermique, parmi lesquelles la nouvelle couette d'isolation thermique, les dispositifs de stockage de chaleur et de collecte de chaleur font l'objet de recherches.

Les nouveaux matériaux d'isolation thermique sont généralement fabriqués en traitant et en mélangeant des matériaux de surface imperméables et résistants au vieillissement tels que le film tissé et le feutre enduit avec des matériaux d'isolation thermique duveteux tels que le coton enduit par pulvérisation, le cachemire divers et le coton perlé.Une couette d'isolation thermique en coton enduit de film tissé a été testée dans le nord-est de la Chine.Il a été constaté que l'ajout de 500 g de coton enduit par pulvérisation équivalait à la performance d'isolation thermique d'une couette d'isolation thermique en feutre noir de 4 500 g sur le marché.Dans les mêmes conditions, les performances d'isolation thermique du coton enduit par pulvérisation de 700 g ont été améliorées de 1 à 2 °C par rapport à celles d'une couette d'isolation thermique en coton enduit par pulvérisation de 500 g.Dans le même temps, d'autres études ont également révélé que par rapport aux couettes d'isolation thermique couramment utilisées sur le marché, l'effet d'isolation thermique des couettes d'isolation thermique en coton enduit par pulvérisation et en cachemire divers est meilleur, avec des taux d'isolation thermique de 84,0% et 83,3. %respectivement.Lorsque la température extérieure la plus froide est de -24,4℃, la température intérieure peut atteindre respectivement 5,4 et 4,2℃.Par rapport à la couette isolante à couverture de paille unique, la nouvelle couette isolante composite présente les avantages d'un poids léger, d'un taux d'isolation élevé, d'une forte résistance à l'eau et au vieillissement, et peut être utilisée comme un nouveau type de matériau isolant à haute efficacité pour les serres solaires.

Dans le même temps, selon la recherche sur les matériaux d'isolation thermique pour les dispositifs de collecte et de stockage de la chaleur des serres, il a également été constaté que lorsque l'épaisseur est la même, les matériaux d'isolation thermique composites multicouches ont de meilleures performances d'isolation thermique que les matériaux simples.L'équipe du professeur Li Jianming de la Northwest A&F University a conçu et examiné 22 types de matériaux d'isolation thermique des dispositifs de stockage d'eau de serre, tels que le panneau sous vide, l'aérogel et le coton caoutchouc, et a mesuré leurs propriétés thermiques.Les résultats ont montré qu'un revêtement d'isolation thermique de 80 mm + un aérogel + un matériau isolant composite en coton à isolation thermique en caoutchouc-plastique pouvait réduire la dissipation de chaleur de 0,367 MJ par unité de temps par rapport au coton en caoutchouc-plastique de 80 mm, et son coefficient de transfert de chaleur était de 0,283 W/(m2 ·k) lorsque l'épaisseur de la combinaison d'isolation était de 100 mm.

Le matériau à changement de phase est l'un des points chauds de la recherche sur les matériaux de serre.La Northwest A&F University a développé deux types de dispositifs de stockage de matériaux à changement de phase : l'un est une boîte de stockage en polyéthylène noir, qui a une taille de 50 cm × 30 cm × 14 cm (longueur × hauteur × épaisseur) et est remplie de matériaux à changement de phase, donc qu'il peut stocker de la chaleur et libérer de la chaleur ;Deuxièmement, un nouveau type de panneau mural à changement de phase est développé.Le panneau mural à changement de phase se compose d'un matériau à changement de phase, d'une plaque d'aluminium, d'une plaque aluminium-plastique et d'un alliage d'aluminium.Le matériau à changement de phase est situé à la position la plus centrale du panneau mural et sa spécification est de 200 mm × 200 mm × 50 mm.C'est un solide pulvérulent avant et après changement de phase, et il n'y a pas de phénomène de fusion ou d'écoulement.Les quatre parois du matériau à changement de phase sont respectivement une plaque d'aluminium et une plaque d'aluminium-plastique.Cet appareil peut réaliser les fonctions de stockage de chaleur principalement pendant la journée et de libération de chaleur principalement la nuit.

Par conséquent, l'application d'un matériau d'isolation thermique unique pose certains problèmes, tels qu'une faible efficacité d'isolation thermique, une perte de chaleur importante, un temps de stockage de chaleur court, etc. Par conséquent, l'utilisation d'un matériau d'isolation thermique composite comme couche d'isolation thermique et isolation thermique intérieure et extérieure La couche de couverture du dispositif de stockage de chaleur peut améliorer efficacement les performances d'isolation thermique de la serre, réduire la perte de chaleur de la serre et ainsi obtenir l'effet d'économie d'énergie.

Recherche et application d'un nouveau mur

En tant que sorte de structure d'enceinte, le mur est une barrière importante pour la protection contre le froid et la conservation de la chaleur de la serre.Selon les matériaux et les structures des murs, le développement du mur nord de la serre peut être divisé en trois types : le mur monocouche en terre, en briques, etc., et le mur nord en couches en briques d'argile, en blocs de briques, panneaux de polystyrène, etc., avec stockage de chaleur interne et isolation thermique externe, et la plupart de ces murs prennent du temps et demandent beaucoup de travail;Par conséquent, ces dernières années, de nombreux nouveaux types de murs sont apparus, faciles à construire et adaptés à un montage rapide.

L'apparition de murs assemblés de type nouveau favorise le développement rapide des serres assemblées, notamment les murs composites de type nouveau avec des matériaux de surface externes imperméables et anti-âge et des matériaux tels que le feutre, le coton perlé, le coton spatial, le coton de verre ou le coton recyclé comme chaleur. couches d'isolation, telles que des murs flexibles assemblés en coton pulvérisé au Xinjiang.En outre, d'autres études ont également signalé le mur nord d'une serre assemblée avec une couche de stockage de chaleur, comme un bloc de mortier de coquille de blé rempli de briques au Xinjiang.Dans le même environnement extérieur, lorsque la température extérieure la plus basse est de -20,8 ℃, la température dans la serre solaire avec un mur composite en bloc de mortier de coquille de blé est de 7,5 ℃, tandis que la température dans la serre solaire avec un mur en brique et en béton est de 3,2 ℃.Le temps de récolte de la tomate dans une serre en brique peut être avancé de 16 jours et le rendement d'une seule serre peut être augmenté de 18,4%.

L'équipe de l'installation de la Northwest A&F University a proposé l'idée de transformer la paille, le sol, l'eau, la pierre et les matériaux à changement de phase en modules d'isolation thermique et de stockage de chaleur sous l'angle de la lumière et de la conception simplifiée des murs, ce qui a favorisé la recherche d'applications d'assemblages modulaires. mur.Par exemple, par rapport à une serre à mur de briques ordinaire, la température moyenne dans la serre est supérieure de 4,0 ℃ lors d'une journée ensoleillée typique.Trois types de modules de ciment à changement de phase inorganique, constitués de matériau à changement de phase (PCM) et de ciment, ont accumulé une chaleur de 74,5, 88,0 et 95,1 MJ/m³, et une chaleur dégagée de 59,8, 67,8 et 84,2 MJ/m³, respectivement.Ils ont pour fonction de «couper les pointes» le jour, de «remplir les vallées» la nuit, d'absorber la chaleur en été et de restituer de la chaleur en hiver.

Ces nouveaux murs sont assemblés sur place, avec une courte période de construction et une longue durée de vie, ce qui crée des conditions pour la construction de serres préfabriquées légères, simplifiées et rapidement assemblées, et peut grandement favoriser la réforme structurelle des serres.Cependant, ce type de mur présente certains défauts, tels que le mur de couette à isolation thermique en coton pulvérisé a d'excellentes performances d'isolation thermique, mais manque de capacité de stockage de chaleur, et le matériau de construction à changement de phase présente le problème d'un coût d'utilisation élevé.À l'avenir, la recherche d'application de mur assemblé devrait être renforcée.

De nouvelles énergies, de nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions aident la structure de la serre à changer.

La recherche et l'innovation de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux constituent la base de l'innovation de conception des serres.La serre solaire à économie d'énergie et le hangar en arc sont les plus grandes structures de hangar de la production agricole chinoise et jouent un rôle important dans la production agricole.Cependant, avec le développement de l'économie sociale chinoise, les lacunes des deux types de structures d'installations sont de plus en plus présentées.Premièrement, l'espace des structures d'installation est petit et le degré de mécanisation est faible ;Deuxièmement, la serre solaire à économie d'énergie a une bonne isolation thermique, mais l'utilisation des terres est faible, ce qui équivaut à remplacer l'énergie de la serre par des terres.Le hangar à arc ordinaire a non seulement un petit espace, mais a également une mauvaise isolation thermique.Bien que la serre à plusieurs travées ait un grand espace, elle a une mauvaise isolation thermique et une consommation d'énergie élevée.Par conséquent, il est impératif de rechercher et de développer la structure de la serre adaptée au niveau social et économique actuel de la Chine, et la recherche et le développement de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux aideront la structure de la serre à changer et à produire une variété de modèles ou de structures de serre innovants.

Recherche innovante sur la serre de brassage à eau asymétrique à grande portée

La serre de brassage asymétrique à grande portée contrôlée par l'eau (numéro de brevet: ZL 201220391214.2) est basée sur le principe de la serre solaire, modifiant la structure symétrique de la serre en plastique ordinaire, augmentant la portée sud, augmentant la zone d'éclairage du toit sud, réduisant la travée nord et la réduction de la zone de dissipation thermique, avec une portée de 18 ~ 24 m et une hauteur de crête de 6 ~ 7 m.Grâce à l'innovation de conception, la structure spatiale a été considérablement augmentée.Dans le même temps, les problèmes de chaleur insuffisante dans les serres en hiver et de mauvaise isolation thermique des matériaux d'isolation thermique courants sont résolus en utilisant une nouvelle technologie de brassage de la chaleur de la biomasse et des matériaux d'isolation thermique.Les résultats de la production et de la recherche montrent que la serre de brassage asymétrique à grande portée, avec une température moyenne de 11,7 ℃ les jours ensoleillés et de 10,8 ℃ les jours nuageux, peut répondre à la demande de croissance des cultures en hiver et au coût de construction de la serre est réduite de 39,6% et le taux d'utilisation des terres est augmenté de plus de 30% par rapport à celui de la serre murale en briques de polystyrène, qui convient à une vulgarisation et à une application plus poussées dans le bassin du fleuve jaune Huaihe en Chine.

Serre solaire assemblée

La serre solaire assemblée prend des colonnes et un squelette de toit comme structure porteuse, et son matériau de paroi est principalement une enceinte d'isolation thermique, au lieu d'un support et d'un stockage et d'un dégagement de chaleur passifs.Principalement : (1) un nouveau type de mur assemblé est formé en combinant divers matériaux tels qu'un film enduit ou une plaque d'acier de couleur, un bloc de paille, une couette d'isolation thermique flexible, un bloc de mortier, etc. (2) un panneau mural composite en panneau de ciment préfabriqué -panneau de polystyrène-ciment ;(3) Type d'assemblage léger et simple de matériaux d'isolation thermique avec système de stockage et de libération de chaleur actif et système de déshumidification, tels que le stockage de chaleur à seau carré en plastique et le stockage de chaleur par pipeline.L'utilisation de différents nouveaux matériaux d'isolation thermique et de stockage de chaleur au lieu du mur de terre traditionnel pour construire une serre solaire a un grand espace et un petit génie civil.Les résultats expérimentaux montrent que la température de la serre la nuit en hiver est supérieure de 4,5 ℃ à celle de la serre traditionnelle à murs de briques et que l'épaisseur du mur arrière est de 166 mm.Par rapport à la serre à mur de briques de 600 mm d'épaisseur, la surface occupée du mur est réduite de 72 % et le coût au mètre carré est de 334,5 yuans, soit 157,2 yuans de moins que celui de la serre à murs de briques, et le coût de construction a considérablement baissé.Par conséquent, la serre assemblée présente les avantages d'une destruction moindre des terres cultivées, d'une économie de terres, d'une vitesse de construction rapide et d'une longue durée de vie, et c'est une direction clé pour l'innovation et le développement des serres solaires actuelles et futures.

Serre solaire coulissante

La serre solaire à économie d'énergie assemblée sur planche à roulettes développée par l'Université agricole de Shenyang utilise le mur arrière de la serre solaire pour former un système de stockage de chaleur à circulation d'eau pour stocker la chaleur et augmenter la température, qui est principalement composé d'une piscine (32 m³), une plaque collectrice de lumière (360m²), une pompe à eau, une conduite d'eau et un contrôleur.La couette d'isolation thermique flexible est remplacée par un nouveau matériau léger en tôle d'acier colorée en laine de roche sur le dessus.La recherche montre que cette conception résout efficacement le problème des pignons bloquant la lumière et augmente la zone d'entrée de lumière de la serre.L'angle d'éclairage de la serre est de 41,5°, soit près de 16° supérieur à celui de la serre témoin, améliorant ainsi le taux d'éclairage.La distribution de la température intérieure est uniforme et les plantes poussent proprement.La serre présente les avantages d'améliorer l'efficacité de l'utilisation des terres, de concevoir de manière flexible la taille de la serre et de raccourcir la période de construction, ce qui est d'une grande importance pour la protection des ressources en terres cultivées et de l'environnement.

Serre photovoltaïque

La serre agricole est une serre qui intègre la production d'énergie solaire photovoltaïque, un contrôle intelligent de la température et une plantation moderne de haute technologie.Il adopte une ossature en os d'acier et est recouvert de modules solaires photovoltaïques pour assurer les besoins d'éclairage des modules de production d'énergie photovoltaïque et les besoins d'éclairage de l'ensemble de la serre.Le courant continu généré par l'énergie solaire complète directement la lumière des serres agricoles, soutient directement le fonctionnement normal des équipements de serre, entraîne l'irrigation des ressources en eau, augmente la température de la serre et favorise la croissance rapide des cultures.Les modules photovoltaïques de cette manière affecteront l'efficacité de l'éclairage du toit de la serre, puis affecteront la croissance normale des légumes de serre.Par conséquent, la disposition rationnelle des panneaux photovoltaïques sur le toit de la serre devient le point d'application clé.La serre agricole est le produit de la combinaison organique de l'agriculture touristique et du jardinage, et c'est une industrie agricole innovante intégrant la production d'énergie photovoltaïque, le tourisme agricole, les cultures agricoles, la technologie agricole, le paysage et le développement culturel.

Conception innovante du groupe de serres avec interaction énergétique entre différents types de serres

Guo Wenzhong, chercheur à l'Académie des sciences agricoles et forestières de Pékin, utilise la méthode de chauffage du transfert d'énergie entre les serres pour collecter l'énergie thermique restante dans une ou plusieurs serres afin de chauffer une ou plusieurs serres.Cette méthode de chauffage réalise le transfert d'énergie de serre dans le temps et dans l'espace, améliore l'efficacité d'utilisation de l'énergie de chaleur de serre restante et réduit la consommation totale d'énergie de chauffage.Les deux types de serres peuvent être des types de serre différents ou le même type de serre pour la plantation de diverses cultures, telles que les serres de laitue et de tomates.Les méthodes de collecte de chaleur consistent principalement à extraire la chaleur de l'air intérieur et à intercepter directement le rayonnement incident.Grâce à la collecte de l'énergie solaire, à la convection forcée par échangeur de chaleur et à l'extraction forcée par pompe à chaleur, le surplus de chaleur dans la serre à haute énergie a été extrait pour le chauffage de la serre.

résumer

Ces nouvelles serres solaires présentent les avantages d'un montage rapide, d'une période de construction raccourcie et d'un meilleur taux d'utilisation des terres.Par conséquent, il est nécessaire d'explorer davantage les performances de ces nouvelles serres dans différents domaines et de fournir la possibilité de vulgarisation et d'application à grande échelle de nouvelles serres.Dans le même temps, il est nécessaire de renforcer en permanence l'application de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux dans les serres, afin de fournir de l'énergie pour la réforme structurelle des serres.

Perspective d'avenir et réflexion

Les serres traditionnelles présentent souvent certains inconvénients, tels qu'une forte consommation d'énergie, un faible taux d'utilisation des terres, une consommation de temps et de main-d'œuvre, des performances médiocres, etc., qui ne peuvent plus répondre aux besoins de production de l'agriculture moderne et sont vouées à être progressivement éliminé.Par conséquent, c'est une tendance de développement d'utiliser de nouvelles sources d'énergie telles que l'énergie solaire, l'énergie de la biomasse, l'énergie géothermique et l'énergie éolienne, de nouveaux matériaux d'application de serre et de nouvelles conceptions pour promouvoir le changement structurel de la serre.Tout d'abord, la nouvelle serre alimentée par une nouvelle énergie et de nouveaux matériaux doit non seulement répondre aux besoins d'un fonctionnement mécanisé, mais également économiser de l'énergie, du terrain et des coûts.Deuxièmement, il est nécessaire d'explorer constamment les performances des nouvelles serres dans différents domaines, afin de fournir les conditions d'une vulgarisation à grande échelle des serres.À l'avenir, nous devrions continuer à rechercher de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux adaptés à l'application dans les serres, et trouver la meilleure combinaison de nouvelles énergies, de nouveaux matériaux et de serres, afin de permettre la construction d'une nouvelle serre à faible coût et à court terme. période, faible consommation d'énergie et excellentes performances, aident la structure de la serre à changer et favorisent le développement de la modernisation des serres en Chine.

Bien que l'application de nouvelles énergies, de nouveaux matériaux et de nouvelles conceptions dans la construction de serres soit une tendance inévitable, il reste encore de nombreux problèmes à étudier et à surmonter : (1) Le coût de construction augmente.Par rapport au chauffage traditionnel au charbon, au gaz naturel ou au mazout, l'application de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux est respectueuse de l'environnement et sans pollution, mais le coût de construction est considérablement augmenté, ce qui a un certain impact sur la reprise des investissements de production et d'exploitation .Par rapport à l'utilisation de l'énergie, le coût des nouveaux matériaux sera considérablement augmenté.(2) Utilisation instable de l'énergie thermique.Le plus grand avantage de la nouvelle utilisation de l'énergie est le faible coût d'exploitation et la faible émission de dioxyde de carbone, mais l'approvisionnement en énergie et en chaleur est instable, et les jours nuageux deviennent le principal facteur limitant de l'utilisation de l'énergie solaire.Dans le processus de production de chaleur de la biomasse par fermentation, l'utilisation efficace de cette énergie est limitée par les problèmes de faible énergie thermique de fermentation, de gestion et de contrôle difficiles et de grand espace de stockage pour le transport des matières premières.(3) Maturité technologique.Ces technologies utilisées par les nouvelles énergies et les nouveaux matériaux sont des recherches avancées et des réalisations technologiques, et leur domaine d'application et leur portée sont encore assez limités.Ils ne sont pas passés plusieurs fois, de nombreux sites et pratiques de vérification à grande échelle, et il y a inévitablement des lacunes et des contenus techniques qui doivent être améliorés dans l'application.Les utilisateurs nient souvent l'avancement de la technologie en raison de lacunes mineures.(4) Le taux de pénétration de la technologie est faible.L'application à grande échelle d'une réalisation scientifique et technologique nécessite une certaine popularité.À l'heure actuelle, les nouvelles énergies, les nouvelles technologies et les nouvelles technologies de conception de serres font toutes partie de l'équipe des centres de recherche scientifique des universités dotées d'une certaine capacité d'innovation, et la plupart des demandeurs techniques ou des concepteurs ne le savent toujours pas ;Dans le même temps, la vulgarisation et l'application des nouvelles technologies sont encore assez limitées car les équipements de base des nouvelles technologies sont brevetés.(5) L'intégration de nouvelles énergies, de nouveaux matériaux et la conception de la structure des serres doivent être encore renforcées.Étant donné que l'énergie, les matériaux et la conception de la structure des serres appartiennent à trois disciplines différentes, les talents ayant une expérience en conception de serres manquent souvent de recherche sur l'énergie et les matériaux liés aux serres, et vice versa ;Par conséquent, les chercheurs liés à la recherche sur l'énergie et les matériaux doivent renforcer l'investigation et la compréhension des besoins réels du développement de l'industrie des serres, et les concepteurs de structures doivent également étudier de nouveaux matériaux et de nouvelles énergies pour promouvoir l'intégration profonde des trois relations, afin d'atteindre l'objectif d'une technologie de recherche pratique sur les serres, d'un faible coût de construction et d'un bon effet d'utilisation.Sur la base des problèmes ci-dessus, il est suggéré que l'État, les gouvernements locaux et les centres de recherche scientifique intensifient la recherche technique, mènent des recherches conjointes approfondies, renforcent la publicité des réalisations scientifiques et technologiques, améliorent la vulgarisation des réalisations et réalisent rapidement la objectif de nouvelles énergies et de nouveaux matériaux pour aider le nouveau développement de l'industrie des serres.

Informations citées

Li Jianming, Sun Guotao, Li Haojie, Li Rui, Hu Yixin.Une nouvelle énergie, de nouveaux matériaux et un nouveau design contribuent à la nouvelle révolution de la serre [J].Légumes, 2022,(10):1-8.