¿A qué puntos clave se debe prestar atención en el diseño de aislamiento térmico de un invernadero solar?
El Instituto de Investigación de Horticultura de Anshan ha estudiado la relación entre el espesor de la pared y el aislamiento térmico, y ha diseñado tres tipos de muros de tierra con diferentes espesores: ① El muro de tierra tiene 50 cm de espesor y está cubierto con un capa de plástico. Los resultados muestran que: 165438+ Desde principios de octubre hasta principios de febrero, ② es 0,6 ~ 0,7 ℃ mayor que ① la temperatura mínima interior ③ es 0,1 ~ 0,2 ℃ mayor que ② la temperatura mínima interior es 0,2 ~; 0,5 ℃ y 0,1 ~ 0,3 ℃ respectivamente. Se puede observar que a medida que aumenta el espesor de la pared, aumenta la capacidad de aislamiento térmico, pero eso no significa que cuanto más gruesa sea la pared, mejor. En la prueba anterior, el aislamiento del muro de tierra con un espesor de 100 cm fue más obvio que el del muro de tierra con un espesor de 50 cm. En comparación con un muro de tierra de 100 cm de espesor, el aumento de temperatura de un muro de tierra de 100 cm de espesor no es grande y tiene poco valor práctico. En términos generales, el muro de tierra mide aproximadamente 1,0 m, que puede ser más delgado en el lado sur y más grueso en el lado norte. La pared de ladrillos debe tener entre 50 y 60 cm, y es mejor tener una capa intermedia.
En cuanto al rendimiento de aislamiento térmico de la pared, se consideran principalmente las propiedades de absorción de calor, almacenamiento de calor y conductividad térmica del material de la pared. Las paredes con buenas propiedades de aislamiento térmico deben utilizar materiales con buenas propiedades de absorción y almacenamiento de calor pero con mala conductividad térmica. El coeficiente de absorción de calor de la piedra ordinaria frente a la radiación solar es de 0,68 W/(m2·K), y el del ladrillo rojo es de 0,70 ~ 0,77 W/(m2·K). El coeficiente de almacenamiento de calor de la piedra es 23,96 ~ 12,10 W/(m2·kHz), el ladrillo rojo es 9,65 w/(m2·kHz) y la pared de tierra compactada es 10,58 w/(m2·kHz); la piedra es de 3,20 ~ 1,13 W/(m^2 kHz), el ladrillo rojo es de 0,81 W/(m^2 kHz), el suelo compactado es de 0,93 w/(m^2 kHz). Aunque los muros de piedra y de tierra tienen altos coeficientes de almacenamiento de calor, absorben menos calor y conducen más calor.
Existen dos tipos de paredes en los invernaderos solares: paredes simples y paredes compuestas. Un muro simple está hecho de una sola pieza de tierra o ladrillos y piedras; generalmente, las capas interior y exterior de un muro compuesto heterogéneo son ladrillos, con una capa intermedia entre los dos ladrillos y un material aislante en el medio. Los materiales aislantes que se rellenan en la capa intermedia son tierra seca, ceniza y perlita. Como puede verse en la Tabla 11, la temperatura mínima del invernadero solar es mayor que la de la pared tipo sándwich hueca rellena con materiales aislantes.
Tabla 11 Aislamiento de paredes de diferentes materiales aislantes
A la hora de elegir los materiales aislantes hay que tener en cuenta tanto sus propiedades de aislamiento térmico como su precio. Es mejor no utilizar materiales orgánicos como materiales aislantes. Los materiales orgánicos son propensos a descomponerse bajo las altas temperaturas y la humedad, lo que no sólo no logra aislar, sino que también daña la solidez de la pared.
Algunos estudios han señalado que el efecto de aislamiento térmico de los ladrillos aireados es mayor que el de los ladrillos comunes y, en consecuencia, la temperatura interior puede aumentar entre 0,5 y 0,8 ℃.
Según experimentos del Instituto de Investigación de Horticultura de Anshan y datos del área de Yinchuan, se concluye que la resistencia térmica de la pared es de 1,1 ~ 1,6 (m^2k)/vatio-hora, lo que básicamente puede Cumplir con los requisitos de aislamiento térmico de un invernadero solar. Para varios métodos de pared que se muestran en la Tabla 12, los valores de resistencia térmica son todos ≥1,1 (m^2K)/vatio. Tabla 12 El orden de los materiales de las paredes es de interior a exterior. Los números entre paréntesis son el espesor en centímetros.
Tabla 12 Propiedades de aislamiento térmico de varios tipos de muros
En los últimos años, con el fin de mejorar la utilización del suelo y reducir la mano de obra en la construcción de muros, se ha introducido un método llamado material aislante de paneles de poliestireno. La conductividad térmica de los paneles de poliestireno con un espesor de sólo 5 ~ 10 cm es equivalente a la de los ladrillos rojos con un espesor de más de 37 cm. Pero cuando se utilizan paneles de poliestireno para hacer paredes, se deben colocar fuera de los ladrillos rojos o entre dos capas de ladrillos rojos. Debido a que los paneles de poliestireno solo tienen una baja conductividad térmica, su capacidad de absorción y almacenamiento de calor es mucho menor que la de los ladrillos rojos. Una buena pared debe considerar muchos factores como la absorción de calor, el almacenamiento de calor y la conducción de calor.
(2) Techo trasero
El espesor del techo trasero y su longitud proyectada afectan la capacidad de aislamiento térmico del invernadero.
En primer lugar debe haber un techo trasero. Según una investigación de la Academia de Ciencias Agrícolas de Ningxia, en condiciones de calefacción por estufa de carbón, la temperatura interior de un invernadero solar interior simple sin techo trasero se mantiene entre 8,6 y 9,7 °C, la temperatura más baja es de aproximadamente 0 °C y la La temperatura subterránea de 10 ~ 20 cm es de 7,6 ~ 8,6°C. Bajo las mismas condiciones climáticas externas, la temperatura promedio en el invernadero del techo trasero puede alcanzar 12,3 ~ 14,4 ℃, la temperatura mínima es 3,0 ~ 3,5 ℃ y la temperatura subterránea de 10 ~ 20 cm es 12,3 ~ 14,4 ℃. Esto demuestra que el techo trasero juega un papel importante en el aislamiento térmico.
En segundo lugar, el método del respaldo consiste en garantizar que el respaldo tenga una cierta resistencia térmica. Según la investigación del autor, la resistencia térmica del techo trasero no debe ser inferior a 3,0 ~ 4,0 (m^2k)/vatio. Por ello, además de elegir materiales sueltos, secos y porosos como paja, paja, tierra seca, cenizas, etc. , también es necesario garantizar que el techo trasero tenga un cierto espesor, que puede ser de 30 a 40 cm en Henan, Shandong, el sur de Hebei y otras regiones, de 60 a 70 cm en áreas frías como el norte de China, el noreste de China y el interior; Mongolia.
Las prácticas del techo trasero han mejorado en los últimos años. Primero, coloque una placa de cemento de hormigón armado sobre el marco de acero del techo trasero y luego coloque una placa de poliestireno de 5 a 10 cm encima. Cubra el tablero de poliestireno con una capa de película plástica vieja, linóleo y otros materiales impermeables, y luego vierta cenizas encima para impermeabilizarlo.
El tercero es la longitud proyectada del techo trasero, que favorece el aislamiento térmico pero no la calefacción; un techo trasero corto favorece la calefacción pero no el aislamiento térmico. Por tanto, la longitud proyectada del techo trasero debe tener en cuenta tanto la calefacción como el aislamiento térmico. Según el efecto térmico del invernadero, el autor cree que la proyección del techo detrás del invernadero debería representar 1/4 ~ 1/5 de la luz del invernadero. El llamado efecto térmico de un invernadero se refiere al producto de la tasa de calentamiento del invernadero y la tasa de aislamiento. Cuanto mayor es el efecto térmico, mayores son las capacidades de calefacción y aislamiento (Tabla 13).
Tabla 13 Relación entre la proyección trasera del techo y el efecto térmico del invernadero
(3) Cubierta frontal del techo
El techo frontal es la principal superficie de disipación de calor del invernadero El recubrimiento puede prevenir la pérdida de calor y lograr el propósito de aislamiento.
En la actualidad, los principales materiales de cobertura exterior de los tejados delanteros en China son hierba, papel, etc. La estera de paja es un material de cobertura tradicional tejido con láminas de caña y paja. Su conductividad térmica es muy baja, lo que puede reducir el consumo de calor del invernadero por la noche en un 60% y aumentar la temperatura ambiente entre 1 y 3 ℃. Sin embargo, es necesario mejorar la calidad de las esteras de paja que se encuentran actualmente en el mercado. Para garantizar un cierto grosor y densidad, se deben seleccionar cañas maduras para prolongar su vida útil. Después de cubrir la superficie de iluminación con césped de buena calidad, no debería haber luz visible en el interior. Según las pruebas, una pradera completamente densa puede aumentar la temperatura interior entre 1,0 y 2,0 ℃ en comparación con una pradera suelta. En las zonas frías, se suele extender debajo de la hierba una capa de colcha de papel compuesta por 4 a 6 trozos de papel kraft. Agregar una capa de papel debajo de la cubierta de paja no solo aumenta la capa de aislamiento del aire, sino que también compensa las deficiencias de la cubierta de paja suelta y mejora el aislamiento térmico. Según las pruebas, agregar una capa de edredón de papel compuesta de cuatro hojas de papel kraft puede aumentar la temperatura mínima interior entre 3,0 y 5,0 ℃. Aumentar el número de capas mejorará en consecuencia el rendimiento del aislamiento térmico. Aunque las colchas de papel tienen buenos efectos de aislamiento térmico, requieren una gran inversión, se mojan fácilmente con la lluvia y la nieve y tienen una vida útil corta. Por lo tanto, en muchos lugares se utilizan películas de plástico viejas en lugar de edredones de papel y, en algunas zonas, se utilizan cortinas de paja de doble capa para cubrirlos y aislarlos térmicamente. En algunas zonas frías, como el noreste de China, Mongolia Interior y otros lugares, el uso de edredones como cobertura puede aumentar la temperatura ambiente entre 7,0 y 8,0 ℃, hasta 10,0 ℃. En Shandong y otros lugares, se utilizan como materiales de cobertura bolsas tejidas rellenas de asbesto triturado y fibra de algodón, que tienen buenos efectos de aislamiento térmico. En los últimos años se ha desarrollado un nuevo tipo de colcha aislante térmica, que está fabricada con varios materiales. La capa interior es una tela no tejida gruesa, tela perforada, fibra de algodón y la capa exterior es una tela no tejida fina impermeable y antienvejecimiento, seda impermeable o película aluminizada. Tiene buen aislamiento térmico, peso ligero, impermeable y duradero, pero la inversión única es alta.
Otro método consiste en colgar cortinas aislantes térmicas en el interior, como películas viejas, hilos fríos, etc., enrollarlas durante el día para permitir que la luz del sol entre en la habitación y levantarlas por la noche para evitar disipación de calor Generalmente, la temperatura interior se puede aumentar en 2,0°C. La construcción de un pequeño cobertizo en forma de arco en el terreno de cultivo también es un método de cobertura interior. La temperatura dentro del cobertizo en forma de arco generalmente puede aumentar entre 1,0 y 3,0 ℃.
(4) Zanja fría
El objetivo de la instalación de una zanja fría es evitar la pérdida lateral de calor y aumentar la temperatura del suelo interior. Las zanjas resistentes al frío se ubican generalmente al aire libre, con un ancho de 40 a 50 cm y una profundidad de 40 a 60 cm. Llenar la zanja con tierra seca, heno u otros materiales aislantes puede aumentar la temperatura del suelo interior en aproximadamente 4,0 °C por 5 cm. Las zanjas frías deben cubrirse para evitar que entren lluvia y nieve.
(5) Cobertura del suelo
La cobertura del suelo es una medida eficaz para aumentar la temperatura del suelo. El método principal para cubrir el suelo es colocar una película plástica, rociar un agente calentador sobre la superficie del suelo y colocar una capa de materiales generadores de calor como paja, paja de trigo, estiércol de caballo y estiércol de pollo en el suelo a cierta profundidad. . Los estudios han demostrado que colocar una capa de película plástica puede aumentar la temperatura mínima del suelo en 0,5 °C; rociar un agente calentador puede aumentar la temperatura entre 2,0 y 2,4 °C. El efecto de calentamiento es evidente en un plazo de 3 a 20 días. es mejor rociar una vez cada 30 días; esparcir una capa de paja de 40 cm en el suelo puede aumentar la temperatura del suelo en la capa de raíces de 1,0 a 3,0 °C. Esparcir una capa de estiércol de caballo con un espesor de 10 a 15 cm. aumentar la temperatura entre 2,0 y 4,0 °C. Tanto el estiércol de caballo como la paja tienen un cierto efecto de envejecimiento, surtiendo efecto dentro de los 10 días posteriores a su colocación, alcanzando un máximo en 20 días, y luego el efecto de calentamiento se debilita.
(6) Entradas y salidas
La pared a dos aguas del invernadero debe estar equipada con entradas y salidas (puertas), y las entradas y salidas deben ubicarse en la pared a dos aguas este. para evitar que el aire frío del noroeste entre en la habitación. Se deben instalar puertas de madera y luego colgar cortinas para mantenerlas calientes. Para evitar que entre aire frío en la habitación cuando los operadores entran y salen del invernadero, se debe instalar un quirófano en el lado este del frontón este (es decir, el frontón con la puerta abierta). El quirófano debe estar orientado al sur. Es mejor colgar una cortina en la puerta en las estaciones frías.