Technologie de génie agricole horticole en serre 2022-12-02 17:30 publié à Pékin

Le développement de serres solaires dans des zones non cultivées telles que le désert, Gobi et les terres sablonneuses a résolu efficacement la contradiction entre la nourriture et les légumes en compétition pour l'accès aux terres. C'est l'un des facteurs environnementaux décisifs pour la croissance et le développement des cultures climatiques, qui détermine souvent le succès ou l'échec de la production de cultures en serre. Par conséquent, pour développer des serres solaires dans des zones non cultivées, il faut d’abord résoudre le problème de température environnementale des serres. Dans cet article, les méthodes de contrôle de la température utilisées dans les serres solaires des terres non cultivées au cours des dernières années sont résumées, et les problèmes existants et l'orientation du développement de la température et de la protection de l'environnement dans les serres solaires des terres non cultivées sont analysés et résumés.

La Chine a une population nombreuse et moins de ressources foncières disponibles. Plus de 85 % des ressources foncières sont des ressources foncières non cultivées, principalement concentrées dans le nord-ouest de la Chine. Le document n°1 du Comité central de 2022 a souligné que le développement de l'agriculture d'installation devrait être accéléré et que, sur la base de la protection de l'environnement écologique, les terres vacantes et les friches exploitables devraient être explorées pour développer l'agriculture d'installation. Le nord-ouest de la Chine est riche en déserts, Gobi, terres incultes et autres ressources terrestres non cultivées, ainsi qu'en ressources naturelles de lumière et de chaleur, qui conviennent au développement de l'agriculture industrielle. Par conséquent, le développement et l’utilisation des ressources foncières non cultivées pour développer des serres terrestres non cultivées revêtent une grande importance stratégique pour assurer la sécurité alimentaire nationale et atténuer les conflits d’utilisation des terres.

À l’heure actuelle, les serres solaires non cultivées constituent la principale forme de développement agricole à haut rendement sur les terres non cultivées. Dans le nord-ouest de la Chine, la différence de température entre le jour et la nuit est importante et la température nocturne en hiver est basse, ce qui conduit souvent au phénomène selon lequel la température intérieure minimale est inférieure à la température requise pour la croissance et le développement normaux de cultures. La température est l'un des facteurs environnementaux indispensables à la croissance et au développement des cultures. Une température trop basse ralentira la réaction physiologique et biochimique des cultures et ralentira leur croissance et leur développement. Lorsque la température est inférieure à la limite que les cultures peuvent supporter, cela peut même entraîner des dommages dus au gel. Il est donc particulièrement important de garantir la température nécessaire à la croissance et au développement normaux des cultures. Pour maintenir la bonne température de la serre solaire, il n’y a pas une seule mesure qui puisse être résolue. Il doit être garanti du point de vue de la conception, de la construction, de la sélection des matériaux, de la réglementation et de la gestion quotidienne des serres. Par conséquent, cet article résumera l'état de la recherche et les progrès du contrôle de la température des serres non cultivées en Chine au cours des dernières années du point de vue de la conception et de la construction des serres, des mesures de conservation et de réchauffement de la chaleur et de la gestion environnementale, de manière à fournir une référence systématique pour la conception et la gestion rationnelles des serres non cultivées.

Structure et matériaux de serre

L'environnement thermique de la serre dépend principalement de la capacité de transmission, d'interception et de stockage de la serre au rayonnement solaire, qui est liée à la conception raisonnable de l'orientation de la serre, à la forme et au matériau de la surface transmettant la lumière, à la structure et au matériau du mur et du toit arrière, l'isolation des fondations, la taille de la serre, le mode d'isolation nocturne et le matériau du toit avant, etc., et concerne également la question de savoir si la construction et le processus de construction de la serre peuvent garantir la réalisation efficace des exigences de conception.

Capacité de transmission lumineuse du toit avant

La principale énergie de la serre vient du soleil. L'augmentation de la capacité de transmission de la lumière du toit avant est bénéfique pour que la serre obtienne plus de chaleur, et constitue également une base importante pour garantir la température ambiante de la serre en hiver. À l'heure actuelle, il existe trois méthodes principales pour augmenter la capacité de transmission de la lumière et le temps de réception de la lumière du toit avant de la serre.

01 conception d'une orientation et d'un azimut raisonnables pour la serre

L'orientation de la serre affecte les performances d'éclairage de la serre et la capacité de stockage de chaleur de la serre. Par conséquent, afin d’obtenir davantage de stockage de chaleur dans les serres, les serres non cultivées du nord-ouest de la Chine sont orientées vers le sud. Pour l'azimut spécifique de la serre, lors du choix sud-est, il est avantageux de « saisir le soleil », et la température intérieure augmente rapidement le matin ; Lorsque le sud vers l’ouest est sélectionné, il est avantageux pour la serre d’utiliser la lumière de l’après-midi. La direction sud est un compromis entre les deux situations ci-dessus. Selon les connaissances géophysiques, la terre tourne de 360° en une journée et l'azimut du soleil se déplace d'environ 1° toutes les 4 minutes. Par conséquent, chaque fois que l'azimut de la serre diffère de 1°, la durée d'exposition directe au soleil différera d'environ 4 minutes, c'est-à-dire que l'azimut de la serre affecte le moment où la serre voit la lumière le matin et le soir.

Lorsque les heures de lumière du matin et de l’après-midi sont égales et que l’est ou l’ouest sont sous le même angle, la serre recevra les mêmes heures de lumière. Cependant, pour la zone au nord de 37° de latitude nord, la température est basse le matin et l'heure de découverte de la couette est tardive, tandis que la température est relativement élevée l'après-midi et le soir, il convient donc de retarder l'heure de fermeture de la couette d'isolation thermique. Par conséquent, ces zones devraient choisir le sud vers l’ouest et exploiter pleinement la lumière de l’après-midi. Pour les zones situées entre 30° et 35° de latitude nord, en raison des meilleures conditions d'éclairage le matin, le temps de conservation de la chaleur et de découverte de la couverture peut également être avancé. Par conséquent, ces zones devraient choisir une direction sud-est afin de s’efforcer d’obtenir davantage de rayonnement solaire matinal pour la serre. Cependant, dans la zone comprise entre 35° et 37° de latitude nord, il y a peu de différence de rayonnement solaire le matin et l'après-midi, il est donc préférable de choisir une direction plein sud. Qu'il s'agisse du sud-est ou du sud-ouest, l'angle de déviation est généralement de 5° à 8° et le maximum ne doit pas dépasser 10°. Le nord-ouest de la Chine se situe entre 37° et 50° de latitude nord, de sorte que l'angle azimutal de la serre est généralement du sud à l'ouest. Dans cette optique, la serre solaire conçue par Zhang Jingshe etc. dans la région de Taiyuan a choisi l'orientation de 5° à l'ouest du sud, la serre solaire construite par Chang Meimei etc. dans la région de Gobi du couloir Hexi a adopté l'orientation de 5° à 10° à l'ouest du sud, et la serre solaire construite par Ma Zhigui etc. dans le nord du Xinjiang a adopté l'orientation de 8° à l'ouest du sud.

02 Concevoir une forme et un angle d'inclinaison raisonnables du toit avant

La forme et l’inclinaison du toit avant déterminent l’angle d’incidence des rayons solaires. Plus l'angle d'incidence est petit, plus la transmission est grande. Sun Juren estime que la forme du toit avant est principalement déterminée par le rapport entre la longueur de la surface d'éclairage principale et la pente arrière. Une pente avant longue et une pente arrière courte sont bénéfiques pour l'éclairage et la conservation de la chaleur du toit avant. Chen Wei-Qian et d'autres pensent que le toit d'éclairage principal de la serre solaire utilisée dans la région de Gobi adopte un arc de cercle d'un rayon de 4,5 m, qui peut résister efficacement au froid. Zhang Jingshe, etc. pensent qu'il est plus approprié d'utiliser un arc semi-circulaire sur le toit avant de la serre dans les zones alpines et à haute latitude. Quant à l'angle d'inclinaison du toit avant, selon les caractéristiques de transmission lumineuse du film plastique, lorsque l'angle d'incidence est de 0 à 40°, la réflectivité du toit avant à la lumière du soleil est faible, et lorsqu'elle dépasse 40°, la la réflectivité augmente considérablement. Par conséquent, 40° est pris comme angle d'incidence maximal pour calculer l'angle d'inclinaison du toit avant, de sorte que même au solstice d'hiver, le rayonnement solaire puisse pénétrer au maximum dans la serre. Par conséquent, lors de la conception d'une serre solaire adaptée aux zones non cultivées à Wuhai, en Mongolie intérieure, He Bin et d'autres ont calculé l'angle d'inclinaison du toit avant avec un angle d'incidence de 40° et ont pensé que tant qu'il était supérieur à 30 °, il pourrait répondre aux exigences d'éclairage des serres et de conservation de la chaleur. Zhang Caihong et d'autres pensent que lors de la construction de serres dans les zones non cultivées du Xinjiang, l'angle d'inclinaison du toit avant des serres dans le sud du Xinjiang est de 31°, tandis que celui du nord du Xinjiang est de 32° à 33,5°.

03 Choisissez des matériaux de revêtement transparents adaptés.

En plus de l'influence des conditions de rayonnement solaire extérieur, les caractéristiques du matériau et de la transmission de la lumière du film de serre sont également des facteurs importants affectant l'environnement lumineux et thermique de la serre. À l'heure actuelle, la transmission lumineuse des films plastiques tels que PE, PVC, EVA et PO est différente en raison des différents matériaux et épaisseurs de film. D'une manière générale, la transmission lumineuse des films utilisés pendant 1 à 3 ans peut être garantie au-dessus de 88 % dans l'ensemble, ce qui doit être sélectionné en fonction de la demande de lumière et de température des cultures. De plus, outre la transmission de la lumière dans la serre, la répartition de l'environnement lumineux dans la serre est également un facteur auquel les gens prêtent de plus en plus attention. Par conséquent, ces dernières années, le matériau de revêtement à transmission lumineuse et à diffusion améliorée de la lumière a été hautement reconnu par l'industrie, en particulier dans les zones à fort rayonnement solaire du nord-ouest de la Chine. L'application d'un film de lumière à diffusion améliorée a réduit l'effet d'ombrage sur le haut et le bas du couvert végétal, a augmenté la lumière dans les parties médianes et inférieures du couvert végétal, a amélioré les caractéristiques photosynthétiques de la culture entière et a montré un bon effet de promotion. croissance et augmentation de la production.

Conception raisonnable de la taille de la serre

La longueur de la serre est trop longue ou trop courte, ce qui affectera le contrôle de la température intérieure. Lorsque la longueur de la serre est trop courte, avant le lever et le coucher du soleil, la zone ombragée par les pignons est et ouest est grande, ce qui n'est pas propice au réchauffement de la serre et, en raison de son petit volume, cela affectera le sol intérieur et les murs. absorption et dégagement de chaleur. Lorsque la longueur est trop grande, il est difficile de contrôler la température intérieure, ce qui affectera la fermeté de la structure de la serre et la configuration du mécanisme d'enroulement de la couette pour conserver la chaleur. La hauteur et la portée de la serre affectent directement l'éclairage naturel du toit avant, la taille de l'espace de la serre et le taux d'isolation. Lorsque la portée et la longueur de la serre chaude sont fixes, l'augmentation de la hauteur de la serre peut augmenter l'angle d'éclairage du toit avant du point de vue de l'environnement lumineux, ce qui est propice à la transmission de la lumière ; Du point de vue de l'environnement thermique, la hauteur du mur augmente et la zone de stockage de chaleur du mur arrière augmente, ce qui est bénéfique pour le stockage de chaleur et le dégagement de chaleur du mur arrière. De plus, l'espace est grand, le taux de capacité thermique est également important et l'environnement thermique de la serre est plus stable. Bien entendu, augmenter la hauteur de la serre augmentera le coût de la serre, ce qui nécessite une réflexion approfondie. Par conséquent, lors de la conception d’une serre, nous devons choisir une longueur, une portée et une hauteur raisonnables en fonction des conditions locales. Par exemple, Zhang Caihong et d'autres pensent que dans le nord du Xinjiang, la longueur de la serre est de 50 à 80 m, la portée est de 7 m et la hauteur de la serre est de 3,9 m, tandis que dans le sud du Xinjiang, la longueur de la serre est de 50 à 80 m, la la portée est de 8 m et la hauteur de la serre est de 3,6 à 4,0 m ; On considère également que la portée de la serre ne doit pas être inférieure à 7 m et que lorsque la portée est de 8 m, l'effet de conservation de la chaleur est le meilleur. De plus, Chen Weiqian et d'autres pensent que la longueur, la portée et la hauteur de la serre solaire devraient être respectivement de 80 m, 8 ~ 10 m et 3,8 ~ 4,2 m lorsqu'elle sera construite dans la région de Gobi à Jiuquan, Gansu.

Améliorer la capacité de stockage de chaleur et d’isolation du mur

Pendant la journée, le mur accumule de la chaleur en absorbant le rayonnement solaire et la chaleur d’une partie de l’air intérieur. La nuit, lorsque la température intérieure est inférieure à la température du mur, celui-ci libère passivement de la chaleur pour chauffer la serre. En tant que principal corps de stockage de chaleur de la serre, le mur peut améliorer considérablement la température intérieure nocturne en améliorant sa capacité de stockage de chaleur. Dans le même temps, la fonction d'isolation thermique du mur constitue la base de la stabilité de l'environnement thermique de la serre. Il existe actuellement plusieurs méthodes pour améliorer la capacité de stockage de chaleur et d’isolation des murs.

01 conception d'une structure de mur raisonnable

La fonction du mur comprend principalement le stockage et la conservation de la chaleur, et en même temps, la plupart des murs de la serre servent également d'éléments porteurs pour soutenir la ferme de toit. Du point de vue de l’obtention d’un bon environnement thermique, une structure de mur raisonnable doit avoir une capacité de stockage de chaleur suffisante du côté intérieur et une capacité de conservation de la chaleur suffisante du côté extérieur, tout en réduisant les ponts thermiques inutiles. Dans le cadre de leurs recherches sur le stockage et l'isolation de la chaleur des murs, Bao Encai et d'autres ont conçu le mur de stockage de chaleur passif en sable solidifié dans la région du désert de Wuhai, en Mongolie intérieure. La brique poreuse a été utilisée comme couche d'isolation à l'extérieur et du sable solidifié comme couche de stockage de chaleur à l'intérieur. Le test a montré que la température intérieure pouvait atteindre 13,7 ℃ par temps ensoleillé. Ma Yuehong, etc. a conçu un mur composite en blocs de mortier de coquille de blé dans le nord du Xinjiang, dans lequel de la chaux vive est remplie de blocs de mortier comme couche de stockage de chaleur et des sacs de scories sont empilés à l'extérieur comme couche d'isolation. Le mur en blocs creux conçu par Zhao Peng, etc. dans la région de Gobi, dans la province du Gansu, utilise des panneaux de benzène de 100 mm d'épaisseur comme couche isolante à l'extérieur et du sable et des briques creuses comme couche de stockage de chaleur à l'intérieur. Le test montre que la température moyenne en hiver est supérieure à 10 ℃ la nuit, et Chai Regénération, etc. utilise également du sable et du gravier comme couche d'isolation et couche de stockage de chaleur du mur dans la région de Gobi, province du Gansu. En termes de réduction des ponts thermiques, Yan Junyue, etc. a conçu un mur arrière assemblé léger et simplifié, qui a non seulement amélioré la résistance thermique du mur, mais a également amélioré la propriété d'étanchéité du mur en collant un panneau de polystyrène à l'extérieur du dos. mur; Wu Letian, etc. a placé une poutre annulaire en béton armé au-dessus des fondations du mur de la serre et a utilisé un estampage de briques trapézoïdales juste au-dessus de la poutre annulaire pour soutenir le toit arrière, ce qui a résolu le problème de la facilité avec laquelle les fissures et l'affaissement des fondations se produisent dans les serres de Hotian. Xinjiang, affectant ainsi l'isolation thermique des serres.

02 Choisissez des matériaux de stockage de chaleur et d'isolation appropriés.

L’effet de stockage de chaleur et d’isolation du mur dépend en premier lieu du choix des matériaux. Dans le désert du nord-ouest, à Gobi, sur les terres sablonneuses et dans d'autres régions, selon les conditions du site, les chercheurs ont utilisé des matériaux locaux et ont fait des tentatives audacieuses pour concevoir de nombreux types différents de parois arrière de serres solaires. Par exemple, lorsque Zhang Guosen et d’autres ont construit des serres dans des champs de sable et de gravier du Gansu, le sable et le gravier ont été utilisés comme couches de stockage de chaleur et d’isolation des murs ; Selon les caractéristiques du Gobi et du désert du nord-ouest de la Chine, Zhao Peng a conçu une sorte de mur en blocs creux avec du grès et des blocs creux comme matériaux. Le test montre que la température nocturne intérieure moyenne est supérieure à 10 ℃. Compte tenu de la rareté des matériaux de construction tels que les briques et l'argile dans la région de Gobi, au nord-ouest de la Chine, Zhou Changji et d'autres ont découvert que les serres locales utilisaient généralement des cailloux comme matériaux de mur lors de l'étude des serres solaires dans la région de Gobi à Kizilsu Kirgiz, au Xinjiang. Compte tenu des performances thermiques et de la résistance mécanique des galets, la serre construite avec des galets présente de bonnes performances en termes de conservation de la chaleur, de stockage de chaleur et de portance. De même, Zhang Yong, etc. utilisent également des galets comme matériau principal du mur et ont conçu un mur arrière indépendant en galets de stockage de chaleur dans le Shanxi et dans d'autres endroits. Le test montre que l'effet de stockage de chaleur est bon. Zhang, etc. a conçu une sorte de mur de grès selon les caractéristiques de la région nord-ouest de Gobi, qui peut augmenter la température intérieure de 2,5 ℃. En outre, Ma Yuehong et d'autres ont testé la capacité de stockage de chaleur d'un mur de sable rempli de blocs, d'un mur de blocs et d'un mur de briques à Hotian, dans le Xinjiang. Les résultats ont montré que le mur de sable rempli de blocs avait la plus grande capacité de stockage de chaleur. De plus, afin d’améliorer les performances de stockage de chaleur du mur, les chercheurs développent activement de nouveaux matériaux et technologies de stockage de chaleur. Par exemple, Bao Encai a proposé un matériau d'agent de durcissement à changement de phase, qui peut être utilisé pour améliorer la capacité de stockage de chaleur de la paroi arrière d'une serre solaire dans les zones non cultivées du nord-ouest. Dans le cadre de l'exploration des matériaux locaux, la botte de foin, les scories, les panneaux de benzène et la paille sont également utilisés comme matériaux de mur, mais ces matériaux n'ont généralement que la fonction de conservation de la chaleur et aucune capacité de stockage de chaleur. D’une manière générale, les murs remplis de graviers et de blocs ont une bonne capacité de stockage de chaleur et d’isolation.

03 Augmenter de manière appropriée l'épaisseur de la paroi

Habituellement, la résistance thermique est un indice important pour mesurer les performances d'isolation thermique du mur, et le facteur qui affecte la résistance thermique est l'épaisseur de la couche de matériau en plus de la conductivité thermique du matériau. Par conséquent, sur la base de la sélection de matériaux d'isolation thermique appropriés, une augmentation appropriée de l'épaisseur du mur peut augmenter la résistance thermique globale du mur et réduire la perte de chaleur à travers le mur, augmentant ainsi l'isolation thermique et la capacité de stockage de chaleur du mur et toute la serre. Par exemple, dans le Gansu et dans d'autres régions, l'épaisseur moyenne des murs de sacs de sable dans la ville de Zhangye est de 2,6 m, tandis que celle des murs en maçonnerie de mortier dans la ville de Jiuquan est de 3,7 m. Plus le mur est épais, plus son isolation thermique et sa capacité de stockage de chaleur sont grandes. Cependant, des murs trop épais augmenteront l’occupation du sol et le coût de construction des serres. Par conséquent, du point de vue de l'amélioration de la capacité d'isolation thermique, nous devrions également donner la priorité à la sélection de matériaux à haute isolation thermique et à faible conductivité thermique, tels que le polystyrène, le polyuréthane et d'autres matériaux, puis augmenter l'épaisseur en conséquence.

Conception raisonnable du toit arrière

Pour la conception du toit arrière, l’objectif principal est de ne pas provoquer d’ombrage et d’améliorer la capacité d’isolation thermique. Afin de réduire l'influence de l'ombrage sur le toit arrière, le réglage de son angle d'inclinaison repose principalement sur le fait que le toit arrière peut recevoir la lumière directe du soleil pendant la journée, lorsque les cultures sont semées et produites. Par conséquent, l’angle d’élévation du toit arrière est généralement choisi pour être meilleur que l’angle d’altitude solaire local du solstice d’hiver de 7°~8°. Par exemple, Zhang Caihong et d'autres pensent que lors de la construction de serres solaires à Gobi et dans les zones salines-alcalies du Xinjiang, la longueur projetée du toit arrière est de 1,6 m, donc l'angle d'inclinaison du toit arrière est de 40° dans le sud du Xinjiang et 45° au nord du Xinjiang. Chen Wei-Qian et d'autres pensent que le toit arrière de la serre solaire de la région de Jiuquan Gobi devrait être incliné à 40°. Pour l'isolation thermique du toit arrière, la capacité d'isolation thermique doit être assurée principalement dans le choix des matériaux d'isolation thermique, la conception de l'épaisseur nécessaire et le joint à recouvrement raisonnable des matériaux d'isolation thermique pendant la construction.

Réduire les pertes de chaleur du sol

Pendant la nuit d'hiver, comme la température du sol intérieur est plus élevée que celle du sol extérieur, la chaleur du sol intérieur sera transférée vers l'extérieur par conduction thermique, provoquant une perte de chaleur dans la serre. Il existe plusieurs façons de réduire les pertes de chaleur du sol.

01 isolation du sol

Le sol s'enfonce correctement, évitant la couche de sol gelée et utilisant le sol pour conserver la chaleur. Par exemple, la serre solaire « 1448 à trois matériaux et un seul corps » développée par Chai Regénération et d'autres terres non cultivées dans le couloir Hexi ont été construites en creusant 1 m de profondeur, évitant ainsi la couche de sol gelée ; Selon le fait que la profondeur du sol gelé dans la région de Turpan est de 0,8 m, Wang Huamin et d'autres ont suggéré de creuser 0,8 m pour améliorer la capacité d'isolation thermique de la serre. Lorsque Zhang Guosen, etc., ont construit le mur arrière de la serre solaire à double arche et à double film sur des terres non arables, la profondeur de creusement était de 1 m. L'expérience a montré que la température la plus basse la nuit était augmentée de 2 à 3 ℃ par rapport à la serre solaire traditionnelle de deuxième génération.

02 protection contre le froid de la fondation

La méthode principale consiste à creuser un fossé résistant au froid le long de la partie de fondation du toit avant, à remplir des matériaux d'isolation thermique ou à enterrer continuellement des matériaux d'isolation thermique sous terre le long de la partie du mur de fondation, le tout visant à réduire les pertes de chaleur causées par transfert de chaleur à travers le sol à la limite de la serre. Les matériaux d'isolation thermique utilisés sont principalement basés sur les conditions locales du nord-ouest de la Chine et peuvent être obtenus localement, comme le foin, les scories, la laine de roche, les panneaux de polystyrène, la paille de maïs, le fumier de cheval, les feuilles mortes, l'herbe cassée, la sciure de bois, les mauvaises herbes, paille, etc.

03 film de paillage

En recouvrant le film plastique, la lumière du soleil peut atteindre le sol à travers le film plastique pendant la journée, et le sol absorbe la chaleur du soleil et se réchauffe. De plus, le film plastique peut bloquer le rayonnement à ondes longues réfléchi par le sol, réduisant ainsi la perte de rayonnement du sol et augmentant le stockage de chaleur du sol. La nuit, le film plastique peut entraver l’échange thermique par convection entre le sol et l’air intérieur, réduisant ainsi les pertes de chaleur du sol. Dans le même temps, le film plastique peut également réduire la perte de chaleur latente causée par l’évaporation de l’eau du sol. Wei Wenxiang a recouvert la serre d'un film plastique sur le plateau du Qinghai, et l'expérience a montré que la température du sol pouvait être augmentée d'environ 1 ℃.

Renforcer les performances d’isolation thermique du toit avant

Le toit avant de la serre est la principale surface de dissipation thermique et la chaleur perdue représente plus de 75 % de la perte de chaleur totale dans la serre. Par conséquent, le renforcement de la capacité d’isolation thermique du toit avant de la serre peut réduire efficacement les pertes à travers le toit avant et améliorer l’environnement de température hivernale de la serre. Il existe actuellement trois mesures principales pour améliorer la capacité d’isolation thermique du toit avant.

01 Un revêtement transparent multicouche est adopté.

Structurellement, l'utilisation d'un film double couche ou d'un film trois couches comme surface transmettant la lumière de la serre peut améliorer efficacement les performances d'isolation thermique de la serre. Par exemple, Zhang Guosen et d’autres ont conçu une serre solaire à double arche et double film dans la région de Gobi, dans la ville de Jiuquan. L'extérieur du toit avant de la serre est constitué d'un film EVA et l'intérieur de la serre est constitué d'un film anti-vieillissement en PVC anti-goutte. Les expériences montrent que par rapport à la serre solaire traditionnelle de deuxième génération, l'effet d'isolation thermique est exceptionnel et la température la plus basse la nuit augmente de 2 à 3 ℃ en moyenne. De même, Zhang Jingshe, etc. a également conçu une serre solaire avec un double revêtement en film pour les caractéristiques climatiques des hautes latitudes et des zones très froides, ce qui a considérablement amélioré l'isolation thermique de la serre. Par rapport à la serre témoin, la température nocturne a augmenté de 3 ℃. En outre, Wu Letian et d'autres ont essayé d'utiliser trois couches de film EVA de 0,1 mm d'épaisseur sur le toit avant de la serre solaire conçue dans la zone du désert de Hetian, au Xinjiang. Le film multicouche peut réduire efficacement la perte de chaleur du toit avant, mais comme la transmission lumineuse du film monocouche est essentiellement d'environ 90 %, le film multicouche entraînera naturellement une atténuation de la transmission lumineuse. Par conséquent, lors de la sélection d’un revêtement multicouche à transmission lumineuse, il est nécessaire de prendre dûment en compte les conditions d’éclairage et les exigences d’éclairage des serres.

02 Renforcer l'isolation nocturne de la toiture avant

Un film plastique est utilisé sur le toit avant pour augmenter la transmission de la lumière pendant la journée, et il devient l'endroit le plus faible de toute la serre la nuit. Par conséquent, recouvrir la surface extérieure du toit avant avec une épaisse couverture d’isolation thermique composite est une mesure d’isolation thermique nécessaire pour les serres solaires. Par exemple, dans la région alpine du Qinghai, Liu Yanjie et d’autres ont utilisé des rideaux de paille et du papier kraft comme couvertures d’isolation thermique pour leurs expériences. Les résultats des tests ont montré que la température intérieure la plus basse dans la serre la nuit pouvait dépasser 7,7 ℃. En outre, Wei Wenxiang estime que les pertes de chaleur des serres peuvent être réduites de plus de 90 % en utilisant des rideaux d'herbe doubles ou des rideaux d'herbe extérieurs en papier kraft pour l'isolation thermique dans cette zone. En outre, Zou Ping, etc. a utilisé une couette d'isolation thermique en feutre aiguilleté de fibres recyclées dans la serre solaire de la région de Gobi au Xinjiang, et Chang Meimei, etc. a utilisé une couette d'isolation thermique en coton sandwich d'isolation thermique dans la serre solaire de la région de Gobi. Couloir Hexi. À l'heure actuelle, il existe de nombreux types de couettes d'isolation thermique utilisées dans les serres solaires, mais la plupart d'entre elles sont constituées de feutre aiguilleté, de coton pulvérisé de colle, de coton perlé, etc., avec des couches de surface imperméables ou anti-âge des deux côtés. Selon le mécanisme d'isolation thermique de la couette d'isolation thermique, pour améliorer ses performances d'isolation thermique, nous devrions commencer par améliorer sa résistance thermique et réduire son coefficient de transfert de chaleur, et les principales mesures sont de réduire la conductivité thermique des matériaux, d'augmenter l'épaisseur de couches de matériau ou augmenter le nombre de couches de matériau, etc. Par conséquent, à l'heure actuelle, le matériau de base de la couette d'isolation thermique à haute performance d'isolation thermique est souvent constitué de matériaux composites multicouches. Selon le test, le coefficient de transfert de chaleur de la couette d'isolation thermique avec des performances d'isolation thermique élevées peut actuellement atteindre 0,5 W/(m2℃), ce qui offre une meilleure garantie pour l'isolation thermique des serres dans les zones froides en hiver. Bien sûr, la zone nord-ouest est venteuse et poussiéreuse, et le rayonnement ultraviolet est fort, de sorte que la couche superficielle d'isolation thermique doit avoir de bonnes performances anti-vieillissement.

03 Ajoutez un rideau d'isolation thermique interne.

Bien que le toit avant de la serre solaire soit recouvert la nuit d'une couverture d'isolation thermique externe, en ce qui concerne les autres structures de l'ensemble de la serre, le toit avant reste un point faible pour l'ensemble de la serre la nuit. Par conséquent, l'équipe du projet « Structure et technologie de construction de serres dans les terres non arables du nord-ouest » a conçu un système simple d'isolation thermique interne enroulable (Figure 1), dont la structure consiste en un rideau d'isolation thermique interne fixe au pied avant et un rideau d'isolation thermique interne mobile dans l'espace supérieur. Le rideau d'isolation thermique mobile supérieur est ouvert et plié au niveau de la paroi arrière de la serre chaude pendant la journée, ce qui n'affecte pas l'éclairage de la serre chaude ; La couette d'isolation thermique fixe en bas joue le rôle d'étanchéité la nuit. La conception de l'isolation interne est soignée et facile à utiliser, et peut également jouer le rôle d'ombrage et de refroidissement en été.

Technologie de réchauffement actif

En raison des basses températures hivernales dans le nord-ouest de la Chine, si nous comptons uniquement sur la conservation et le stockage de la chaleur dans les serres, nous ne pouvons toujours pas répondre aux exigences de la production hivernale des cultures par temps froid, c'est pourquoi certaines mesures actives de réchauffement sont également concerné.

Système de stockage d’énergie solaire et de dégagement de chaleur

C'est une raison importante pour laquelle le mur assume les fonctions de conservation de la chaleur, de stockage de chaleur et de portance, ce qui entraîne un coût de construction élevé et un faible taux d'utilisation des terres des serres solaires. Par conséquent, la simplification et l’assemblage de serres solaires constitueront certainement une direction de développement importante à l’avenir. Parmi eux, simplifier la fonction du mur consiste à libérer la fonction de stockage et de libération de chaleur du mur, de sorte que le mur arrière ne supporte que la fonction de conservation de la chaleur, ce qui constitue un moyen efficace de simplifier le développement. Par exemple, le système actif de stockage et de libération de chaleur de Fang Hui (Figure 2) est largement utilisé dans les zones non cultivées telles que le Gansu, le Ningxia et le Xinjiang. Son dispositif de récupération de chaleur est accroché au mur nord. Pendant la journée, la chaleur collectée par le dispositif de collecte de chaleur est stockée dans le corps de stockage de chaleur grâce à la circulation du fluide de stockage de chaleur, et la nuit, la chaleur est libérée et chauffée par la circulation du fluide de stockage de chaleur, réalisant ainsi le transfert de chaleur dans le temps et dans l'espace. Des expériences montrent que la température minimale dans la serre peut être augmentée de 3 à 5 ℃ en utilisant cet appareil. Wang Zhiwei, etc. a proposé un système de chauffage par rideau d'eau pour une serre solaire dans la zone désertique du sud du Xinjiang, qui peut augmenter la température de la serre de 2,1 ℃ la nuit.

De plus, Bao Encai, etc. a conçu un système de circulation de stockage de chaleur actif pour le mur nord. Pendant la journée, grâce à la circulation de ventilateurs axiaux, l'air chaud intérieur circule à travers le conduit de transfert de chaleur intégré dans le mur nord, et le conduit de transfert de chaleur échange de la chaleur avec la couche de stockage de chaleur à l'intérieur du mur, ce qui améliore considérablement la capacité de stockage de chaleur de le mur. De plus, le système de stockage de chaleur solaire à changement de phase conçu par Yan Yantao, etc. stocke la chaleur dans les matériaux à changement de phase via des capteurs solaires pendant la journée, puis dissipe la chaleur dans l'air intérieur par la circulation de l'air la nuit, ce qui peut augmenter la chaleur. température moyenne de 2,0 ℃ la nuit. Les technologies et équipements d'utilisation de l'énergie solaire ci-dessus présentent les caractéristiques d'économie, d'économie d'énergie et de faible émission de carbone. Après optimisation et amélioration, ils devraient avoir de bonnes perspectives d'application dans les zones dotées d'abondantes ressources en énergie solaire du nord-ouest de la Chine.

Autres technologies de chauffage d'appoint

01 chauffage à l'énergie biomasse

La litière, la paille, la bouse de vache, la bouse de mouton et la bouse de volaille sont mélangées à des bactéries biologiques et enfouies dans le sol de la serre. Beaucoup de chaleur est générée pendant le processus de fermentation, et beaucoup de souches bénéfiques, de matière organique et de CO2 sont générées pendant le processus de fermentation. Les souches bénéfiques peuvent inhiber et tuer une variété de germes et réduire l’apparition de maladies et de ravageurs en serre ; La matière organique peut devenir un engrais pour les cultures ; Le CO2 produit peut améliorer la photosynthèse des cultures. Par exemple, Wei Wenxiang a enterré des engrais organiques chauds tels que du fumier de cheval, du fumier de vache et du fumier de mouton dans le sol intérieur de la serre solaire du plateau de Qinghai, ce qui a effectivement augmenté la température du sol. Dans la serre solaire de la région du désert du Gansu, Zhou Zhilong a utilisé de la paille et des engrais organiques pour fermenter entre les cultures. Le test a montré que la température de la serre pouvait être augmentée de 2 à 3 ℃.

02 chauffage au charbon

Il y a un poêle artificiel, un chauffe-eau à économie d'énergie et un chauffage. Par exemple, après une enquête sur le plateau du Qinghai, Wei Wenxiang a découvert que le chauffage artificiel par fournaise était principalement utilisé localement. Cette méthode de chauffage présente les avantages d'un chauffage plus rapide et d'un effet de chauffage évident. Cependant, des gaz nocifs tels que le SO2, le CO et le H2S seront produits lors du processus de combustion du charbon, il est donc nécessaire de faire un bon travail d'évacuation des gaz nocifs.

03 chauffage électrique

Utilisez un fil chauffant électrique pour chauffer le toit avant de la serre ou utilisez un radiateur électrique. L'effet chauffant est remarquable, l'utilisation est sûre, aucun polluant n'est généré dans la serre et l'équipement de chauffage est facile à contrôler. Chen Weiqian et d'autres pensent que le problème des dégâts causés par le gel en hiver dans la région de Jiuquan entrave le développement de l'agriculture locale de Gobi et que des éléments chauffants électriques peuvent être utilisés pour chauffer la serre. Cependant, en raison de l’utilisation de ressources énergétiques électriques de haute qualité, la consommation d’énergie et le coût sont élevés. Il est suggéré de l'utiliser comme moyen temporaire de chauffage d'urgence par temps extrêmement froid.

Mesures de gestion environnementale

Dans le processus de production et d'utilisation de la serre, l'équipement complet et le fonctionnement normal ne peuvent pas garantir efficacement que son environnement thermique répond aux exigences de conception. En effet, l'utilisation et la gestion des équipements jouent souvent un rôle clé dans la formation et le maintien de l'environnement thermique, le plus important étant la gestion quotidienne de la couette et de l'évent d'isolation thermique.

Gestion des couettes d'isolation thermique

La couette d'isolation thermique est la clé de l'isolation thermique nocturne du toit avant, il est donc extrêmement important d'affiner sa gestion et son entretien quotidiens, en particulier les problèmes suivants doivent être pris en compte :①Choisir l'heure d'ouverture et de fermeture appropriée de la couette d'isolation thermique . Le temps d'ouverture et de fermeture de la couette d'isolation thermique affecte non seulement le temps d'éclairage de la serre, mais affecte également le processus de chauffage dans la serre. L'ouverture et la fermeture de la couette d'isolation thermique trop tôt ou trop tard ne favorisent pas la captation de chaleur. Le matin, si la couette est découverte trop tôt, la température intérieure baissera trop en raison de la basse température extérieure et de la faible luminosité. Au contraire, si le moment de découvrir la couette est trop tardif, le temps de réception de la lumière dans la serre sera raccourci et le temps de montée en température intérieure sera retardé. Dans l'après-midi, si la couette d'isolation thermique est éteinte trop tôt, le temps d'exposition à l'intérieur sera raccourci et le stockage de chaleur du sol et des murs intérieurs sera réduit. Au contraire, si la conservation de la chaleur est désactivée trop tard, la dissipation thermique de la serre sera augmentée en raison de la basse température extérieure et de la faible luminosité. Par conséquent, d'une manière générale, lorsque la couette d'isolation thermique est allumée le matin, il est conseillé que la température augmente après une baisse de 1 à 2 ℃, tandis que lorsque la couette d'isolation thermique est éteinte, il est conseillé que la température augmente. après une chute de 1 à 2 ℃. ② Lors de la fermeture de la couette d'isolation thermique, veillez à ce que la couette d'isolation thermique recouvre hermétiquement tous les toits avant et ajustez-les à temps s'il y a un espace. ③ Une fois la couette d'isolation thermique complètement déposée, vérifiez si la partie inférieure a été compactée, afin d'éviter que l'effet de conservation de la chaleur ne soit soulevé par le vent la nuit. ④ Vérifiez et entretenez la couette d'isolation thermique à temps, en particulier lorsque la couette d'isolation thermique est endommagée, réparez-la ou remplacez-la à temps. ⑤ Faites attention aux conditions météorologiques à temps. En cas de pluie ou de neige, recouvrez la couette d'isolation thermique à temps et enlevez la neige à temps.

Gestion des aérations

Le but de la ventilation en hiver est d'ajuster la température de l'air pour éviter une température excessive vers midi ; La deuxième consiste à éliminer l’humidité intérieure, à réduire l’humidité de l’air dans la serre et à lutter contre les ravageurs et les maladies ; La troisième consiste à augmenter la concentration de CO2 à l’intérieur et à favoriser la croissance des cultures. Cependant, ventilation et conservation de la chaleur sont contradictoires. Si la ventilation n’est pas correctement gérée, cela entraînera probablement des problèmes de basse température. Par conséquent, le moment et la durée d'ouverture des évents doivent être ajustés dynamiquement en fonction des conditions environnementales de la serre à tout moment. Dans les zones non cultivées du nord-ouest, la gestion des bouches d'aération des serres est principalement divisée en deux modes : le fonctionnement manuel et la simple ventilation mécanique. Cependant, le temps d'ouverture et le temps de ventilation des bouches d'aération sont principalement basés sur le jugement subjectif des personnes, il peut donc arriver que les bouches d'aération soient ouvertes trop tôt ou trop tard. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, Yin Yilei, etc. a conçu un dispositif de ventilation intelligent pour le toit, capable de déterminer le temps d'ouverture ainsi que la taille d'ouverture et de fermeture des trous de ventilation en fonction des changements de l'environnement intérieur. Avec l'approfondissement de la recherche sur la loi du changement environnemental et la demande des cultures, ainsi que la vulgarisation et les progrès des technologies et des équipements tels que la perception environnementale, la collecte, l'analyse et le contrôle des informations, l'automatisation de la gestion de la ventilation dans les serres solaires devrait être un direction de développement importante à l’avenir.

Autres mesures de gestion

Lors de l'utilisation de divers types de films de hangar, leur capacité de transmission de la lumière s'affaiblira progressivement, et la vitesse d'affaiblissement n'est pas seulement liée à leurs propres propriétés physiques, mais également à l'environnement et à la gestion pendant l'utilisation. Lors du processus d'utilisation, le facteur le plus important entraînant une diminution des performances de transmission de la lumière est la pollution de la surface du film. Par conséquent, il est extrêmement important d’effectuer un nettoyage régulier et un nettoyage lorsque les conditions le permettent. De plus, la structure de l’enceinte de la serre doit être vérifiée régulièrement. Lorsqu'il y a une fuite dans le mur et le toit avant, elle doit être réparée à temps pour éviter que la serre ne soit affectée par une infiltration d'air froid.

Problèmes existants et orientation du développement

Les chercheurs ont exploré et étudié la technologie de conservation et de stockage de la chaleur, la technologie de gestion et les méthodes de réchauffement des serres dans les zones non cultivées du nord-ouest pendant de nombreuses années, ce qui a essentiellement permis de réaliser la production hivernale de légumes et d'améliorer considérablement la capacité de la serre à résister aux dommages causés par le froid à basse température. , et a essentiellement réalisé la production hivernale de légumes. Il a apporté une contribution historique à l’atténuation de la contradiction entre les aliments et les légumes qui se disputent les terres en Chine. Cependant, les problèmes suivants subsistent dans la technologie de garantie de température dans le nord-ouest de la Chine.

Types de serres à moderniser

À l'heure actuelle, les types de serres sont encore les plus courants construits à la fin du 20e siècle et au début de ce siècle, avec une structure simple, une conception déraisonnable, une faible capacité à maintenir l'environnement thermique des serres et à résister aux catastrophes naturelles, et un manque de standardisation. Par conséquent, dans la conception future de la serre, la forme et l'inclinaison du toit avant, l'angle d'azimut de la serre, la hauteur du mur arrière, la profondeur d'enfoncement de la serre, etc. devraient être standardisés en combinant pleinement la latitude géographique locale. et les caractéristiques climatiques. Dans le même temps, dans la mesure du possible, une seule culture peut être plantée dans une serre, de sorte qu'une adaptation standardisée des serres puisse être effectuée en fonction des exigences de lumière et de température des cultures plantées.

L’échelle de la serre est relativement petite.

Si l'échelle de la serre est trop petite, cela affectera la stabilité de l'environnement thermique de la serre et le développement de la mécanisation. Avec l'augmentation progressive du coût de la main-d'œuvre, le développement de la mécanisation constitue une orientation importante pour l'avenir. Il faudra donc à l'avenir se baser sur le niveau de développement local, prendre en compte les besoins du développement de la mécanisation, concevoir rationnellement l'espace intérieur et l'aménagement des serres, accélérer la recherche et le développement de matériel agricole adapté aux territoires, et améliorer le taux de mécanisation de la production en serre. Dans le même temps, en fonction des besoins des cultures et des modes de culture, les équipements concernés doivent être adaptés aux normes et la recherche et développement intégrée, l'innovation et la vulgarisation des équipements de ventilation, de réduction de l'humidité, de conservation de la chaleur et de chauffage doivent être encouragées.

L'épaisseur des murs tels que le sable et les blocs creux est encore épaisse.

Si le mur est trop épais, même si l'effet isolant est bon, cela réduira le taux d'utilisation du sol, augmentera le coût et la difficulté de construction. Par conséquent, dans le développement futur, d’une part, l’épaisseur des parois pourra être optimisée scientifiquement en fonction des conditions climatiques locales ; D'autre part, nous devrions promouvoir le développement léger et simplifié du mur du fond, afin que le mur du fond de la serre ne conserve que la fonction de conservation de la chaleur, utiliser des capteurs solaires et d'autres équipements pour remplacer le stockage et la libération de chaleur du mur. . Les capteurs solaires ont les caractéristiques d'une efficacité de collecte de chaleur élevée, d'une forte capacité de collecte de chaleur, d'économies d'énergie, d'une faible teneur en carbone, etc., et la plupart d'entre eux peuvent réaliser une régulation et un contrôle actifs et peuvent effectuer un chauffage exothermique ciblé en fonction des exigences environnementales de la serre. la nuit, avec une plus grande efficacité d'utilisation de la chaleur.

Une couette d'isolation thermique spéciale doit être développée.

Le toit avant est l'élément principal de dissipation thermique dans la serre, et les performances d'isolation thermique de la couette d'isolation thermique affectent directement l'environnement thermique intérieur. À l'heure actuelle, la température de l'environnement de serre dans certaines régions n'est pas bonne, en partie parce que la couette d'isolation thermique est trop fine et que les performances d'isolation thermique des matériaux sont insuffisantes. Dans le même temps, la couette d'isolation thermique présente encore certains problèmes, tels qu'une mauvaise imperméabilité et une mauvaise capacité de ski, un vieillissement facile des matériaux de surface et de base, etc. Par conséquent, à l'avenir, les matériaux d'isolation thermique appropriés devraient être sélectionnés scientifiquement en fonction des exigences locales. les caractéristiques et les exigences climatiques, ainsi que des produits spéciaux de couettes d'isolation thermique adaptés à une utilisation locale et à la vulgarisation, devraient être conçus et développés.

FIN

Informations citées

Luo Ganliang, Cheng Jieyu, Wang Pingzhi, etc. État de la recherche sur la technologie de garantie de la température environnementale des serres solaires dans les terres non cultivées du nord-ouest [J]. Technologie du génie agricole, 2022,42(28):12-20.