تكنولوجيا الهندسة الزراعية في البيوت المحمية، 2022-12-02 17:30، نُشر في بكين

لقد ساهم إنشاء البيوت الزجاجية الشمسية في المناطق غير المزروعة، كالصحاري والصحراء الرملية، في حل معضلة التنافس بين المحاصيل الغذائية والخضراوات على الأرض. ويُعدّ هذا أحد العوامل البيئية الحاسمة لنمو وتطور المحاصيل المحبة للحرارة، والذي غالباً ما يحدد نجاح أو فشل إنتاج المحاصيل في البيوت الزجاجية. لذا، يتطلب إنشاء البيوت الزجاجية الشمسية في المناطق غير المزروعة حل مشكلة درجة الحرارة البيئية داخلها. تتناول هذه المقالة أساليب التحكم في درجة الحرارة المستخدمة في البيوت الزجاجية في الأراضي غير المزروعة خلال السنوات الأخيرة، كما تحلل وتلخص المشكلات القائمة واتجاهات التطوير المتعلقة بدرجة الحرارة وحماية البيئة في هذه البيوت.

تتمتع الصين بكثافة سكانية عالية وموارد أرضية محدودة. أكثر من 85% من هذه الموارد عبارة عن أراضٍ غير مزروعة، تتركز بشكل رئيسي في شمال غرب الصين. وقد أشارت الوثيقة رقم 1 للجنة المركزية لعام 2022 إلى ضرورة تسريع تطوير الزراعة المحمية، واستكشاف الأراضي الشاغرة والأراضي البور القابلة للاستغلال لتطويرها، مع مراعاة حماية البيئة. يتميز شمال غرب الصين بوفرة الأراضي غير المزروعة، بما في ذلك الصحاري وصحراء غوبي والأراضي البور، فضلاً عن وفرة مصادر الضوء والحرارة الطبيعية، مما يجعلها مناسبة لتطوير الزراعة المحمية. لذا، يُعدّ تطوير واستغلال هذه الأراضي غير المزروعة لإنشاء البيوت المحمية ذا أهمية استراتيجية بالغة لضمان الأمن الغذائي الوطني وتخفيف حدة النزاعات على استخدام الأراضي.

تُعدّ البيوت الزجاجية الشمسية غير المزروعة حاليًا الشكل الرئيسي للتنمية الزراعية عالية الكفاءة في الأراضي غير المزروعة. في شمال غرب الصين، يكون الفرق في درجات الحرارة بين الليل والنهار كبيرًا، وتكون درجات الحرارة منخفضة ليلًا في فصل الشتاء، مما يؤدي غالبًا إلى انخفاض الحد الأدنى لدرجة الحرارة داخل البيوت الزجاجية عن درجة الحرارة اللازمة للنمو والتطور الطبيعي للمحاصيل. تُعدّ درجة الحرارة أحد العوامل البيئية الأساسية لنمو وتطور المحاصيل، حيث يؤدي انخفاضها الشديد إلى إبطاء التفاعلات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية للمحاصيل، وبالتالي إبطاء نموها وتطورها. وعندما تقل درجة الحرارة عن الحد الذي تتحمله المحاصيل، قد يؤدي ذلك إلى تلفها بسبب الصقيع. لذلك، من الأهمية بمكان ضمان درجة الحرارة اللازمة للنمو والتطور الطبيعي للمحاصيل. وللحفاظ على درجة الحرارة المناسبة في البيوت الزجاجية الشمسية، لا يمكن الاعتماد على إجراء واحد فقط، بل يتطلب الأمر ضمانات من جوانب تصميم البيت الزجاجي وبنائه واختيار المواد وتنظيمه وإدارته اليومية. لذلك، ستلخص هذه المقالة حالة البحث والتقدم المحرز في مجال التحكم في درجة حرارة البيوت الزجاجية غير المزروعة في الصين في السنوات الأخيرة من جوانب تصميم وبناء البيوت الزجاجية، وتدابير الحفاظ على الحرارة والتدفئة، والإدارة البيئية، وذلك لتوفير مرجع منهجي للتصميم والإدارة الرشيدة للبيوت الزجاجية غير المزروعة.

هيكل ومواد الدفيئة

تعتمد البيئة الحرارية للدفيئة بشكل أساسي على قدرة الدفيئة على نقل واعتراض وتخزين الإشعاع الشمسي، وهو ما يرتبط بالتصميم المعقول لاتجاه الدفيئة وشكل ومادة السطح الناقل للضوء، وهيكل ومادة الجدار والسقف الخلفي، وعزل الأساس، وحجم الدفيئة، ونمط العزل الليلي ومادة السقف الأمامي، وما إلى ذلك، ويرتبط أيضًا بما إذا كان بناء الدفيئة وعملية بنائها يضمنان تحقيق متطلبات التصميم بشكل فعال.

قدرة السقف الأمامي على نقل الضوء

تُستمد الطاقة الرئيسية في البيوت الزجاجية من الشمس. ويُعدّ رفع قدرة السقف الأمامي على نفاذ الضوء مفيدًا لزيادة تدفئة البيت الزجاجي، كما يُشكّل أساسًا هامًا لضمان بيئة حرارية مناسبة داخله خلال فصل الشتاء. وتوجد حاليًا ثلاث طرق رئيسية لزيادة قدرة السقف الأمامي على نفاذ الضوء ومدة استقباله.

01 تصميم اتجاه واتجاه مناسبين للدفيئة

يؤثر اتجاه الدفيئة على كفاءة الإضاءة وقدرتها على تخزين الحرارة. لذا، وللحصول على تخزين حراري أكبر، يُوجّه اتجاه الدفيئات غير المزروعة في شمال غرب الصين نحو الجنوب. وبالنسبة للاتجاه المحدد للدفيئة، فإن اختيار اتجاه من الجنوب إلى الشرق يُحسّن من امتصاص أشعة الشمس، مما يؤدي إلى ارتفاع سريع في درجة الحرارة الداخلية صباحًا. أما اختيار اتجاه من الجنوب إلى الغرب فيُحسّن من الاستفادة من ضوء الظهيرة. ويُعدّ الاتجاه الجنوبي حلاً وسطًا بين الحالتين السابقتين. وبحسب علم الجيوفيزياء، تدور الأرض 360 درجة في اليوم، ويتغير سمت الشمس بمقدار درجة واحدة كل 4 دقائق تقريبًا. لذا، في كل مرة يختلف فيها سمت الدفيئة بمقدار درجة واحدة، يختلف وقت تعرضها لأشعة الشمس المباشرة بحوالي 4 دقائق، أي أن سمت الدفيئة يؤثر على وقت تعرضها للضوء صباحًا ومساءً.

عندما تتساوى ساعات ضوء النهار والمساء، ويكون اتجاه الشرق أو الغرب متساوياً، يحصل البيت الزجاجي على نفس عدد ساعات الضوء. مع ذلك، في المناطق الواقعة شمال خط عرض 37° شمالاً، تكون درجة الحرارة منخفضة صباحاً، ويتأخر وقت كشف الغطاء، بينما تكون مرتفعة نسبياً بعد الظهر والمساء، لذا يُنصح بتأخير وقت إغلاق غطاء العزل الحراري. لذلك، يُفضل في هذه المناطق اختيار اتجاه جنوبي غربي للاستفادة القصوى من ضوء النهار. أما في المناطق الواقعة بين خطي عرض 30° و35° شمالاً، ونظراً لظروف الإضاءة الأفضل صباحاً، يمكن تقديم وقت الحفاظ على الحرارة وكشف الغطاء. لذا، يُفضل في هذه المناطق اختيار اتجاه جنوبي شرقي لزيادة الإشعاع الشمسي الصباحي للبيت الزجاجي. في المقابل، في المناطق الواقعة بين خطي عرض 35° و37° شمالاً، يكون الفرق في الإشعاع الشمسي بين الصباح والمساء ضئيلاً، لذا يُفضل اختيار اتجاه جنوبي. سواءً كان الاتجاه جنوب شرق أو جنوب غرب، تتراوح زاوية الانحراف عمومًا بين 5° و8°، ولا يجوز أن تتجاوز 10°. تقع شمال غرب الصين ضمن نطاق خط عرض 37° إلى 50° شمالًا، لذا فإن زاوية السمت للبيوت الزجاجية تكون عادةً من الجنوب إلى الغرب. وبناءً على ذلك، اختارت البيوت الزجاجية الشمسية التي صممها تشانغ جينغشي وآخرون في منطقة تاييوان اتجاهًا بزاوية 5° غرب الجنوب، بينما اعتمدت البيوت الزجاجية الشمسية التي بنتها تشانغ ميمي وآخرون في منطقة غوبي بممر هيكسي اتجاهًا بزاوية تتراوح بين 5° و10° غرب الجنوب، أما البيوت الزجاجية الشمسية التي بناها ما تشيغوي وآخرون في شمال شينجيانغ فقد اعتمدت اتجاهًا بزاوية 8° غرب الجنوب.

02 تصميم شكل معقول للسقف الأمامي وزاوية ميله

يُحدد شكل وميل السقف الأمامي زاوية سقوط أشعة الشمس. فكلما صغرت زاوية السقوط، زادت نفاذية الضوء. ويعتقد سون جورن أن شكل السقف الأمامي يتحدد بشكل أساسي بنسبة طول سطح الإضاءة الرئيسي إلى ميله الخلفي. فالميل الأمامي الطويل والميل الخلفي القصير يُحسّنان الإضاءة ويُحافظان على حرارة السقف الأمامي. ويرى تشن وي تشيان وآخرون أن السقف الرئيسي للإضاءة في البيوت الزجاجية الشمسية المستخدمة في منطقة جوبي يعتمد على قوس دائري نصف قطره 4.5 متر، مما يُساعد على مقاومة البرد بفعالية. بينما يرى تشانغ جينغشي وآخرون أن استخدام قوس نصف دائري في السقف الأمامي للبيوت الزجاجية في المناطق الجبلية والمناطق ذات خطوط العرض العالية أنسب. أما بالنسبة لزاوية ميل السقف الأمامي، فوفقًا لخصائص نفاذية الضوء للأغشية البلاستيكية، تكون انعكاسية السقف الأمامي لأشعة الشمس منخفضة عندما تتراوح زاوية السقوط بين 0 و40 درجة، وتزداد الانعكاسية بشكل ملحوظ عندما تتجاوز 40 درجة. لذا، تُعتبر زاوية 40° هي أقصى زاوية سقوط لأشعة الشمس عند حساب زاوية ميل السقف الأمامي، لضمان دخول الإشعاع الشمسي إلى الدفيئة بأقصى قدر ممكن حتى في الانقلاب الشتوي. وعليه، عند تصميم دفيئة شمسية مناسبة للمناطق غير المزروعة في ووهاي، بمنطقة منغوليا الداخلية، قام هي بين وآخرون بحساب زاوية ميل السقف الأمامي عند زاوية سقوط 40°، ورأوا أنه طالما كانت الزاوية أكبر من 30°، فإنها ستفي بمتطلبات إضاءة الدفيئة والحفاظ على حرارتها. ويرى تشانغ تسايهونغ وآخرون أنه عند بناء الدفيئات في المناطق غير المزروعة في شينجيانغ، فإن زاوية ميل السقف الأمامي للدفيئات في جنوب شينجيانغ تبلغ 31°، بينما تتراوح في شمالها بين 32° و33.5°.

03 اختر مواد تغطية شفافة مناسبة.

بالإضافة إلى تأثير ظروف الإشعاع الشمسي الخارجي، تُعدّ خصائص مادة أغشية البيوت الزجاجية ونفاذيتها للضوء من العوامل المهمة التي تؤثر على بيئة الإضاءة والحرارة داخلها. حاليًا، تختلف نفاذية الضوء للأغشية البلاستيكية، مثل البولي إيثيلين (PE) والبولي فينيل كلوريد (PVC) وإيثيلين فينيل أسيتات (EVA) والبولي أوليفين (PO)، باختلاف المواد وسماكة الأغشية. عمومًا، يمكن ضمان أن تتجاوز نفاذية الضوء للأغشية المستخدمة لمدة تتراوح بين سنة وثلاث سنوات 88%، ويجب اختيارها وفقًا لاحتياجات المحاصيل من الضوء والحرارة. علاوة على ذلك، يُولي الباحثون اهتمامًا متزايدًا لتوزيع بيئة الإضاءة داخل البيوت الزجاجية، إلى جانب نفاذية الضوء. لذا، حظيت مواد التغطية ذات النفاذية العالية للضوء والمُحسّنة لتشتيت الضوء باهتمام كبير في السنوات الأخيرة، لا سيما في المناطق ذات الإشعاع الشمسي القوي في شمال غرب الصين. أدى تطبيق غشاء تشتيت الضوء المحسن إلى تقليل تأثير التظليل على الجزء العلوي والسفلي من غطاء المحصول، وزيادة الضوء في الأجزاء الوسطى والسفلية من غطاء المحصول، وتحسين خصائص التمثيل الضوئي للمحصول بأكمله، وأظهر تأثيرًا جيدًا في تعزيز النمو وزيادة الإنتاج.

تصميم معقول لحجم الدفيئة

يؤثر طول الدفيئة، سواء كان طويلاً جدًا أو قصيرًا جدًا، على التحكم في درجة الحرارة الداخلية. فعندما يكون طولها قصيرًا جدًا، تكون المساحة المظللة بالجدران الشرقية والغربية كبيرة قبل شروق الشمس وغروبها، مما يعيق تدفئة الدفيئة، كما يؤثر صغر حجمها على امتصاص التربة والجدران للحرارة وإطلاقها. أما عندما يكون طولها كبيرًا جدًا، يصعب التحكم في درجة الحرارة الداخلية، ويؤثر ذلك على متانة هيكل الدفيئة وآلية لفّ غطاء العزل الحراري. يؤثر ارتفاع الدفيئة وامتدادها بشكل مباشر على إضاءة السقف الأمامي، وحجم مساحة الدفيئة، ونسبة العزل. عند تثبيت امتداد الدفيئة وطولها، يمكن لزيادة ارتفاعها أن تزيد من زاوية إضاءة السقف الأمامي من منظور الإضاءة، مما يُحسّن نفاذية الضوء. أما من منظور البيئة الحرارية، فإن زيادة ارتفاع الجدار تزيد من مساحة تخزين الحرارة في الجدار الخلفي، مما يُحسّن تخزين الحرارة وإطلاقها. علاوة على ذلك، تتميز البيوت الزجاجية بمساحة واسعة، وسعة حرارية عالية، وبيئة حرارية أكثر استقرارًا. بالطبع، زيادة ارتفاع البيت الزجاجي تزيد من تكلفته، مما يستدعي دراسة متأنية. لذا، عند تصميم البيت الزجاجي، ينبغي اختيار طول وعرض وارتفاع مناسبين وفقًا للظروف المحلية. على سبيل المثال، يرى تشانغ تسايهونغ وآخرون أن طول البيت الزجاجي في شمال شينجيانغ يتراوح بين 50 و80 مترًا، وعرضه 7 أمتار، وارتفاعه 3.9 متر، بينما في جنوب شينجيانغ يتراوح طوله بين 50 و80 مترًا، وعرضه 8 أمتار، وارتفاعه بين 3.6 و4 أمتار. كما يُنصح بألا يقل عرض البيت الزجاجي عن 7 أمتار، حيث يكون تأثير الحفاظ على الحرارة في أفضل حالاته عند هذا العرض. بالإضافة إلى ذلك، يعتقد تشن وي تشيان وآخرون أن طول وعرض وارتفاع الدفيئة الشمسية يجب أن تكون 80 مترًا و8 إلى 10 أمتار و3.8 إلى 4.2 مترًا على التوالي عند بنائها في منطقة جوبي في جيوتشوان، قانسو.

تحسين قدرة الجدار على تخزين الحرارة والعزل

خلال النهار، يتراكم الحر في الجدار بامتصاص الإشعاع الشمسي وحرارة الهواء الداخلي. وفي الليل، عندما تنخفض درجة الحرارة الداخلية عن درجة حرارة الجدار، يُطلق الجدار الحرارة بشكل طبيعي لتدفئة الدفيئة. وباعتباره العنصر الرئيسي لتخزين الحرارة في الدفيئة، يُمكن للجدار تحسين بيئة درجة الحرارة الداخلية ليلاً بشكل ملحوظ من خلال تعزيز قدرته على تخزين الحرارة. وفي الوقت نفسه، تُعدّ وظيفة العزل الحراري للجدار أساساً لاستقرار البيئة الحرارية للدفيئة. وتوجد حالياً عدة طرق لتحسين قدرة الجدران على تخزين الحرارة والعزل.

01 تصميم هيكل جدار معقول

تتمثل وظيفة الجدار بشكل أساسي في تخزين الحرارة والحفاظ عليها، وفي الوقت نفسه، تعمل معظم جدران البيوت الزجاجية كعناصر حاملة لدعم هيكل السقف. ولضمان بيئة حرارية جيدة، يجب أن يتمتع هيكل الجدار المناسب بسعة كافية لتخزين الحرارة من الداخل وسعة كافية للحفاظ عليها من الخارج، مع تقليل الجسور الحرارية غير الضرورية. في مجال أبحاث تخزين الحرارة وعزل الجدران، صمم باو إنكاي وآخرون جدارًا سلبيًا لتخزين الحرارة باستخدام الرمل المتصلب في منطقة صحراء ووهاي، بمنطقة منغوليا الداخلية. استُخدم الطوب المسامي كطبقة عازلة من الخارج، بينما استُخدم الرمل المتصلب كطبقة لتخزين الحرارة من الداخل. وأظهرت الاختبارات أن درجة الحرارة الداخلية يمكن أن تصل إلى 13.7 درجة مئوية في الأيام المشمسة. كما صمم ما يوهونغ وآخرون جدارًا مركبًا من كتل الملاط المصنوعة من قشور القمح في شمال شينجيانغ، حيث تم ملء كتل الملاط بالجير الحي كطبقة لتخزين الحرارة، بينما تم تكديس أكياس الخبث في الخارج كطبقة عازلة. يستخدم جدار الطوب المجوف الذي صممه تشاو بنغ وآخرون في منطقة غوبي بمقاطعة قانسو، ألواح بنزين بسمك 100 مم كطبقة عازلة خارجية، ورملًا وطوبًا مجوفًا كطبقة لتخزين الحرارة من الداخل. تُظهر الاختبارات أن متوسط ​​درجة الحرارة في الشتاء يتجاوز 10 درجات مئوية ليلًا. كما تستخدم شركة تشاي للتجديد وغيرها الرمل والحصى كطبقة عازلة وطبقة لتخزين الحرارة في جدارها بمنطقة غوبي بمقاطعة قانسو. ولتقليل الجسور الحرارية، صمم يان جونيو وآخرون جدارًا خلفيًا خفيفًا وبسيط التركيب، مما حسّن مقاومة الجدار للحرارة، بالإضافة إلى تحسين خاصية إحكام إغلاقه عن طريق لصق ألواح البوليسترين على السطح الخارجي للجدار الخلفي. قام وو ليتيان وغيره بوضع عارضة خرسانية مسلحة دائرية فوق أساس جدار الدفيئة، واستخدموا ختم الطوب شبه المنحرف فوق العارضة الدائرية مباشرة لدعم السقف الخلفي، مما حل مشكلة سهولة حدوث التشققات وهبوط الأساس في الدفيئات في هوتيان، شينجيانغ، مما يؤثر على العزل الحراري للدفيئات.

02 اختر مواد تخزين الحرارة والعزل المناسبة.

يعتمد تأثير الجدار في تخزين الحرارة والعزل الحراري في المقام الأول على اختيار المواد. ففي صحراء شمال غرب الصين، وصحراء غوبي، والأراضي الرملية، وغيرها من المناطق، استخدم الباحثون مواد محلية، وبذلوا جهودًا حثيثة لتصميم أنواع مختلفة من الجدران الخلفية للبيوت الزجاجية الشمسية، وذلك وفقًا لظروف الموقع. فعلى سبيل المثال، عندما بنى تشانغ غوسن وزملاؤه بيوتًا زجاجية في حقول الرمل والحصى في مقاطعة قانسو، استخدموا الرمل والحصى كطبقات لتخزين الحرارة والعزل الحراري في الجدران. وبناءً على خصائص صحراء غوبي في شمال غرب الصين، صمم تشاو بنغ نوعًا من الجدران المجوفة باستخدام الحجر الرملي والطوب المجوف كمواد بناء. وأظهرت الاختبارات أن متوسط ​​درجة الحرارة الليلية داخل البيوت الزجاجية يزيد عن 10 درجات مئوية. ونظرًا لندرة مواد البناء، مثل الطوب والطين، في منطقة غوبي بشمال غرب الصين، وجد تشو تشانغجي وزملاؤه أن البيوت الزجاجية المحلية تستخدم عادةً الحصى كمواد بناء للجدران، وذلك عند دراسة البيوت الزجاجية الشمسية في منطقة غوبي بمقاطعة قيرغيزستان، شينجيانغ. نظراً للأداء الحراري والمتانة الميكانيكية للحصى، يتميز البيت الزجاجي المبني بالحصى بأداء جيد من حيث الحفاظ على الحرارة وتخزينها وتحمل الأحمال. وبالمثل، استخدم تشانغ يونغ وآخرون الحصى كمادة أساسية للجدران، وصمموا جداراً خلفياً مستقلاً لتخزين الحرارة مصنوعاً من الحصى في شانشي ومناطق أخرى. وأظهرت الاختبارات فعالية جيدة في تخزين الحرارة. كما صمم تشانغ وآخرون نوعاً من الجدران الرملية وفقاً لخصائص منطقة غوبي الشمالية الغربية، مما ساهم في رفع درجة الحرارة الداخلية بمقدار 2.5 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك، اختبر ما يوهونغ وآخرون قدرة تخزين الحرارة لجدار رملي مملوء بالكتل، وجدار من الكتل، وجدار من الطوب في هوتيان، شينجيانغ. وأظهرت النتائج أن الجدار الرملي المملوء بالكتل يتمتع بأكبر قدرة على تخزين الحرارة. علاوة على ذلك، يسعى الباحثون بنشاط إلى تطوير مواد وتقنيات جديدة لتخزين الحرارة بهدف تحسين أداء تخزين الحرارة للجدران. فعلى سبيل المثال، اقترح باو إنكاي مادة معالجة متغيرة الطور، يمكن استخدامها لتحسين قدرة تخزين الحرارة للجدار الخلفي للبيوت الزجاجية الشمسية في المناطق غير المزروعة في شمال غرب البلاد. في إطار استكشاف المواد المحلية، استُخدمت أكوام التبن والخبث وألواح البنزين والقش كمواد بناء للجدران، إلا أن هذه المواد عادةً ما تقتصر وظيفتها على حفظ الحرارة فقط دون تخزينها. وبشكل عام، تتميز الجدران المملوءة بالحصى والطوب بقدرة جيدة على تخزين الحرارة والعزل.

03 زيادة سمك الجدار بشكل مناسب

عادةً ما تُعدّ المقاومة الحرارية مؤشرًا هامًا لقياس أداء العزل الحراري للجدار، ويتأثر هذا الأداء بسُمك طبقة المادة بالإضافة إلى موصليتها الحرارية. لذا، يُمكن، بناءً على اختيار مواد العزل الحراري المناسبة، زيادة سُمك الجدار بشكل ملائم لزيادة مقاومته الحرارية الإجمالية وتقليل فقدان الحرارة عبره، وبالتالي زيادة قدرته على العزل الحراري وتخزين الحرارة، سواءً للجدار أو للبيت الزجاجي ككل. على سبيل المثال، في مقاطعة قانسو ومناطق أخرى، يبلغ متوسط ​​سُمك جدار أكياس الرمل في مدينة تشانغيه 2.6 متر، بينما يبلغ سُمك جدار البناء بالملاط في مدينة جيوتشوان 3.7 متر. كلما زاد سُمك الجدار، زادت قدرته على العزل الحراري وتخزين الحرارة. مع ذلك، فإن الجدران السميكة جدًا تزيد من مساحة الأرض المطلوبة وتكلفة بناء البيت الزجاجي. لذلك، من منظور تحسين قدرة العزل الحراري، ينبغي إعطاء الأولوية لاختيار مواد ذات عزل حراري عالٍ وموصلية حرارية منخفضة، مثل البوليسترين والبولي يوريثان، ثم زيادة السُمك بشكل مناسب.

تصميم معقول للسقف الخلفي

عند تصميم السقف الخلفي، يُراعى بشكل أساسي تجنب تأثير التظليل وتحسين العزل الحراري. ولتقليل تأثير التظليل، يُحدد ميل السقف الخلفي بناءً على إمكانية تعرضه لأشعة الشمس المباشرة خلال النهار أثناء زراعة المحاصيل وإنتاجها. لذا، يُختار ميل السقف الخلفي عادةً بحيث يكون أعلى من زاوية ارتفاع الشمس المحلية في الانقلاب الشتوي، أي ما بين 7 و8 درجات. على سبيل المثال، يرى تشانغ تسايهونغ وآخرون أنه عند بناء بيوت زجاجية شمسية في صحراء غوبي والمناطق المالحة القلوية في شينجيانغ، يبلغ طول السقف الخلفي المتوقع 1.6 متر، وبالتالي تكون زاوية ميله 40 درجة في جنوب شينجيانغ و45 درجة في شمالها. بينما يرى تشن وي تشيان وآخرون أن ميل السقف الخلفي للبيوت الزجاجية الشمسية في منطقة جيوتشوان غوبي يجب أن يكون 40 درجة. بالنسبة للعزل الحراري للسقف الخلفي، يجب ضمان قدرة العزل الحراري بشكل أساسي من خلال اختيار مواد العزل الحراري، وتصميم السماكة اللازمة، والوصلة المتداخلة المعقولة لمواد العزل الحراري أثناء البناء.

تقليل فقدان حرارة التربة

خلال ليالي الشتاء، ولأن درجة حرارة التربة الداخلية أعلى من درجة حرارة التربة الخارجية، تنتقل حرارة التربة الداخلية إلى الخارجية عبر التوصيل الحراري، مما يؤدي إلى فقدان حرارة الدفيئة. وهناك عدة طرق للحد من فقدان حرارة التربة.

01 عزل التربة

تغوص الأرض بشكل مناسب، متجنبةً طبقة التربة المتجمدة، ومستفيدةً من التربة في حفظ الحرارة. على سبيل المثال، تم بناء الدفيئة الشمسية "1448 ثلاثية المواد - جسم واحد" التي طورتها شركة تشاي للتجديد وغيرها من الأراضي غير المزروعة في ممر هيكسي، عن طريق الحفر بعمق متر واحد، متجنبةً بذلك طبقة التربة المتجمدة بشكل فعال. ونظرًا لأن عمق التربة المتجمدة في منطقة توربان يبلغ 0.8 متر، فقد اقترح وانغ هوامين وآخرون الحفر بعمق 0.8 متر لتحسين قدرة العزل الحراري للدفيئة. وعندما بنى تشانغ غوسن وآخرون الجدار الخلفي للدفيئة الشمسية ذات القوس المزدوج والطبقة المزدوجة على أرض غير صالحة للزراعة، كان عمق الحفر مترًا واحدًا. وأظهرت التجربة أن أدنى درجة حرارة ليلية ارتفعت بمقدار 2-3 درجات مئوية مقارنةً بالدفيئة الشمسية التقليدية من الجيل الثاني.

02 حماية أساسية من البرد

تتمثل الطريقة الرئيسية في حفر خندق عازل للبرودة على طول الجزء الأساسي من السقف الأمامي، وملؤه بمواد عازلة للحرارة، أو دفن هذه المواد بشكل متواصل تحت الأرض على طول جدار الأساس، وذلك بهدف تقليل فقدان الحرارة الناتج عن انتقالها عبر التربة عند حدود الدفيئة. وتعتمد المواد العازلة للحرارة المستخدمة بشكل أساسي على الظروف المحلية في شمال غرب الصين، ويمكن الحصول عليها محليًا، مثل التبن، والخبث، والصوف الصخري، وألواح البوليسترين، وقش الذرة، وروث الخيل، وأوراق الشجر المتساقطة، والحشائش المتكسرة، ونشارة الخشب، والأعشاب الضارة، والقش، وغيرها.

03 غشاء التغطية

بتغطية التربة بغشاء بلاستيكي، تصل أشعة الشمس إليها خلال النهار، فتمتصها وترتفع حرارتها. كما يحجب الغشاء البلاستيكي الإشعاع طويل الموجة المنعكس من التربة، مما يقلل من فقدانها للحرارة ويزيد من قدرتها على تخزينها. وفي الليل، يعيق الغشاء البلاستيكي التبادل الحراري بالحمل بين التربة والهواء الداخلي، فيقلل من فقدانها للحرارة. وفي الوقت نفسه، يقلل الغشاء البلاستيكي من فقدان الحرارة الكامنة الناتج عن تبخر ماء التربة. وقد غطى وي وينشيانغ دفيئة زراعية بغشاء بلاستيكي في هضبة تشينغهاي، وأظهرت التجربة ارتفاع درجة حرارة التربة بمقدار درجة مئوية واحدة تقريبًا.

تعزيز أداء العزل الحراري للسقف الأمامي

يُعدّ السقف الأمامي للدفيئة السطح الرئيسي لتبديد الحرارة، حيث تُمثّل الحرارة المفقودة منه أكثر من 75% من إجمالي فقدان الحرارة داخل الدفيئة. لذا، يُمكن تعزيز قدرة العزل الحراري للسقف الأمامي للدفيئة لتقليل فقدان الحرارة عبره وتحسين بيئة درجة الحرارة الشتوية داخلها. وتوجد حاليًا ثلاثة إجراءات رئيسية لتحسين قدرة العزل الحراري للسقف الأمامي.

01 تم اعتماد غطاء شفاف متعدد الطبقات.

من الناحية الهيكلية، يُمكن استخدام غشاء مزدوج أو ثلاثي الطبقات كسطح ناقل للضوء في البيوت الزجاجية لتحسين أداء العزل الحراري بشكل فعّال. على سبيل المثال، صمّم تشانغ غوسن وزملاؤه بيتًا زجاجيًا شمسيًا مزدوج القوس ذو غشاء مزدوج في منطقة غوبي بمدينة جيوتشوان. صُنع السطح الخارجي للسقف الأمامي للبيت الزجاجي من غشاء EVA، بينما صُنع السطح الداخلي من غشاء PVC مقاوم للتسرب والشيخوخة. أظهرت التجارب أن تأثير العزل الحراري كان متميزًا مقارنةً بالبيوت الزجاجية الشمسية التقليدية من الجيل الثاني، حيث ارتفعت أدنى درجة حرارة ليلية بمعدل 2-3 درجات مئوية. وبالمثل، صمّم تشانغ جينغشي وزملاؤه بيتًا زجاجيًا شمسيًا بغطاء مزدوج الغشاء، مُصممًا خصيصًا للخصائص المناخية للمناطق ذات خطوط العرض العالية والبرودة الشديدة، مما حسّن بشكل ملحوظ من العزل الحراري للبيت الزجاجي. مقارنةً بالبيت الزجاجي القياسي، ارتفعت درجة الحرارة الليلية بمقدار 3 درجات مئوية. بالإضافة إلى ذلك، حاول وو ليتيان وآخرون استخدام ثلاث طبقات من غشاء EVA بسماكة 0.1 مم على السقف الأمامي للدفيئة الشمسية المصممة في منطقة صحراء خوتان، شينجيانغ. يمكن للغشاء متعدد الطبقات أن يقلل بشكل فعال من فقدان الحرارة من السقف الأمامي، ولكن نظرًا لأن نفاذية الضوء للغشاء أحادي الطبقة تبلغ حوالي 90%، فإن استخدام غشاء متعدد الطبقات سيؤدي بطبيعة الحال إلى انخفاض نفاذية الضوء. لذلك، عند اختيار غطاء متعدد الطبقات لنفاذية الضوء، من الضروري مراعاة ظروف الإضاءة ومتطلبات الإضاءة للدفيئات.

02 تعزيز العزل الليلي للسقف الأمامي

يُستخدم غشاء بلاستيكي على السقف الأمامي لزيادة نفاذية الضوء خلال النهار، ولكنه يصبح أضعف نقطة في الدفيئة بأكملها ليلاً. لذا، يُعد تغطية السطح الخارجي للسقف الأمامي بغطاء عازل حراري سميك ومركب إجراءً ضروريًا لعزل الدفيئات الشمسية حراريًا. على سبيل المثال، في منطقة جبال تشينغهاي، استخدم ليو يانجي وآخرون ستائر من القش وورق كرافت كأغطية عازلة حراريًا في تجاربهم. وأظهرت نتائج الاختبار أن أدنى درجة حرارة داخلية في الدفيئة ليلاً قد تصل إلى أكثر من 7.7 درجة مئوية. علاوة على ذلك، يعتقد وي وينشيانغ أنه يمكن تقليل فقدان الحرارة في الدفيئة بأكثر من 90% باستخدام ستائر مزدوجة من القش أو ورق كرافت فوق ستائر القش للعزل الحراري في هذه المنطقة. بالإضافة إلى ذلك، استخدم زو بينغ وآخرون غطاءً عازلًا حراريًا من اللباد المُعاد تدويره في الدفيئة الشمسية في منطقة غوبي في شينجيانغ، واستخدمت تشانغ ميمي وآخرون غطاءً عازلًا حراريًا من القطن في الدفيئة الشمسية في منطقة غوبي في ممر هيكسي. تُستخدم حاليًا أنواع عديدة من أغطية العزل الحراري في البيوت الزجاجية الشمسية، لكن معظمها مصنوع من اللباد المُعالج بالإبر، أو القطن المُرشوش بالغراء، أو القطن اللؤلؤي، وغيرها، مع طبقات سطحية مقاومة للماء أو للشيخوخة على كلا الجانبين. وبحسب آلية العزل الحراري لهذه الأغطية، لتحسين أدائها، ينبغي البدء بتحسين مقاومتها الحرارية وتقليل معامل انتقال الحرارة، وتتمثل التدابير الرئيسية في تقليل الموصلية الحرارية للمواد، وزيادة سُمك طبقاتها أو عددها. لذا، غالبًا ما تُصنع المادة الأساسية لأغطية العزل الحراري عالية الأداء من مواد مركبة متعددة الطبقات. وقد أظهرت الاختبارات أن معامل انتقال الحرارة لهذه الأغطية يصل حاليًا إلى 0.5 واط/(م²℃)، مما يوفر ضمانًا أفضل للعزل الحراري للبيوت الزجاجية في المناطق الباردة شتاءً. وبالطبع، تتميز منطقة الشمال الغربي برياحها القوية وغبارها الكثيف، فضلًا عن شدة الأشعة فوق البنفسجية فيها، لذا يجب أن تتمتع الطبقة السطحية للعزل الحراري بمقاومة جيدة للشيخوخة.

03 أضف ستارة عازلة حرارية داخلية.

على الرغم من تغطية السقف الأمامي للدفيئة الشمسية بغطاء عازل حراري خارجي ليلاً، إلا أنه يظل نقطة ضعف في هيكل الدفيئة بأكمله ليلاً. لذا، قام فريق مشروع "هيكلة وتقنية بناء الدفيئات في الأراضي غير الزراعية بشمال غرب البلاد" بتصميم نظام بسيط للعزل الحراري الداخلي قابل للطي (الشكل 1)، يتكون من ستارة عازلة حرارية داخلية ثابتة في الجزء الأمامي السفلي، وستارة عازلة حرارية داخلية متحركة في الجزء العلوي. تُفتح الستارة العلوية المتحركة وتُطوى عند الجدار الخلفي للدفيئة نهاراً، دون التأثير على إضاءتها. أما الغطاء العازل الحراري الثابت في الأسفل فيؤدي وظيفة العزل ليلاً. يتميز تصميم العزل الداخلي بالبساطة وسهولة الاستخدام، كما أنه يوفر التظليل والتبريد في فصل الصيف.

تقنية التدفئة النشطة

بسبب انخفاض درجات الحرارة في فصل الشتاء في شمال غرب الصين، إذا اعتمدنا فقط على حفظ الحرارة وتخزينها في البيوت الزجاجية، فلن نتمكن من تلبية متطلبات إنتاج المحاصيل خلال فصل الشتاء في بعض الأحوال الجوية الباردة، لذلك يتم أيضًا الاهتمام ببعض تدابير التدفئة النشطة.

نظام تخزين الطاقة الشمسية وإطلاق الحرارة

يُعدّ ارتفاع تكلفة بناء البيوت الزجاجية الشمسية وانخفاض معدل استغلال الأراضي فيها أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الجدار يؤدي إلى وظائف حفظ الحرارة وتخزينها وتحمّل الأحمال. لذا، يُتوقع أن يكون تبسيط تصميم البيوت الزجاجية الشمسية وتجميعها اتجاهًا تنمويًا هامًا في المستقبل. ومن بين هذه الطرق، تبسيط وظيفة الجدار، وذلك بإلغاء وظيفتي تخزين الحرارة وإطلاقها، بحيث يقتصر دور الجدار الخلفي على حفظ الحرارة فقط، وهو ما يُعدّ وسيلة فعّالة لتبسيط عملية التطوير. على سبيل المثال، يُستخدم نظام فانغ هوي النشط لتخزين الحرارة وإطلاقها (الشكل 2) على نطاق واسع في المناطق غير المزروعة مثل قانسو ونينغشيا وشينجيانغ. يُعلّق جهاز تجميع الحرارة على الجدار الشمالي. خلال النهار، تُخزّن الحرارة التي يجمعها الجهاز في جسم التخزين الحراري من خلال دوران وسيط التخزين، وفي الليل، تُطلق الحرارة وتُسخّن بواسطة دوران وسيط التخزين، ما يُحقق نقل الحرارة زمانيًا ومكانيًا. أظهرت التجارب أن استخدام هذا الجهاز يُمكن أن يرفع الحد الأدنى لدرجة الحرارة في الدفيئة بمقدار 3 إلى 5 درجات مئوية. وقد اقترح وانغ تشيوي وآخرون نظام تسخين بستارة مائية للدفيئات الشمسية في منطقة صحراء شينجيانغ الجنوبية، والذي يُمكنه رفع درجة حرارة الدفيئة بمقدار 2.1 درجة مئوية ليلاً.

بالإضافة إلى ذلك، صمم باو إنكاي وزملاؤه نظامًا نشطًا لتخزين الحرارة وتدويرها للجدار الشمالي. خلال النهار، يتدفق الهواء الساخن من الداخل عبر قناة نقل الحرارة المدمجة في الجدار الشمالي، وذلك عن طريق دوران مراوح محورية، حيث تتبادل هذه القناة الحرارة مع طبقة تخزين الحرارة داخل الجدار، مما يُحسّن بشكل ملحوظ قدرة الجدار على تخزين الحرارة. علاوة على ذلك، يقوم نظام تخزين الحرارة الشمسي ذو التغيير الطوري، الذي صممه يان يانتاو وزملاؤه، بتخزين الحرارة في مواد التغيير الطوري من خلال مُجمّعات شمسية خلال النهار، ثم يُبدد هذه الحرارة في الهواء الداخلي من خلال دوران الهواء ليلًا، مما يُمكن أن يزيد متوسط ​​درجة الحرارة بمقدار 2.0 درجة مئوية ليلًا. تتميز تقنيات ومعدات استخدام الطاقة الشمسية المذكورة أعلاه بالاقتصادية، وتوفير الطاقة، وانخفاض انبعاثات الكربون. بعد تحسينها وتطويرها، يُتوقع أن يكون لها آفاق تطبيق واعدة في المناطق الغنية بموارد الطاقة الشمسية في شمال غرب الصين.

تقنيات التدفئة المساعدة الأخرى

01 التدفئة باستخدام طاقة الكتلة الحيوية

تُخلط الفرش والقش وروث الأبقار والأغنام والدواجن مع البكتيريا النافعة وتُدفن في تربة البيوت الزجاجية. تتولد كمية كبيرة من الحرارة خلال عملية التخمير، بالإضافة إلى كميات وفيرة من البكتيريا النافعة والمواد العضوية وثاني أكسيد الكربون. تُثبط البكتيريا النافعة نمو أنواع مختلفة من الجراثيم وتقضي عليها، مما يقلل من انتشار أمراض البيوت الزجاجية والآفات. تُستخدم المواد العضوية كسماد للمحاصيل، بينما يُعزز ثاني أكسيد الكربون الناتج عملية التمثيل الضوئي. على سبيل المثال، قام وي وينشيانغ بدفن أسمدة عضوية ساخنة، مثل روث الخيل والأبقار والأغنام، في تربة البيوت الزجاجية الشمسية في هضبة تشينغهاي، مما رفع درجة حرارة التربة بشكل فعال. وفي بيت زجاجي شمسي في صحراء قانسو، استخدم تشو تشيلونغ القش والأسمدة العضوية للتخمير بين المحاصيل، وأظهرت التجربة ارتفاع درجة حرارة البيت الزجاجي بمقدار 2-3 درجات مئوية.

التدفئة بالفحم 02

توجد مواقد اصطناعية، وسخانات مياه موفرة للطاقة، وأنظمة تدفئة أخرى. فعلى سبيل المثال، بعد إجراء دراسة في هضبة تشينغهاي، وجد وي وينشيانغ أن التدفئة باستخدام الأفران الاصطناعية هي الأكثر شيوعًا محليًا. تتميز هذه الطريقة بسرعة التسخين وفعاليته الواضحة. مع ذلك، ينتج عن حرق الفحم غازات ضارة مثل ثاني أكسيد الكبريت، وأول أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، لذا من الضروري اتباع أساليب فعالة للتخلص من هذه الغازات.

03 التدفئة الكهربائية

يمكن استخدام سلك تسخين كهربائي لتدفئة السقف الأمامي للدفيئة، أو استخدام سخان كهربائي. يتميز هذا الأسلوب بتأثير تدفئة ملحوظ، وهو آمن، ولا ينتج عنه أي ملوثات داخل الدفيئة، كما أن التحكم في جهاز التدفئة سهل. يرى تشن وي تشيان وآخرون أن مشكلة أضرار الصقيع في فصل الشتاء بمنطقة جيوتشوان تعيق تنمية الزراعة المحلية في صحراء غوبي، ويمكن استخدام عناصر التسخين الكهربائية لتدفئة الدفيئة. مع ذلك، ونظرًا لاستخدام مصادر طاقة كهربائية عالية الجودة، فإن استهلاك الطاقة مرتفع والتكلفة مرتفعة. لذا يُقترح استخدامه كوسيلة تدفئة طارئة مؤقتة في حالات البرد القارس.

تدابير الإدارة البيئية

في عملية إنتاج واستخدام البيوت الزجاجية، لا يمكن للمعدات الكاملة والتشغيل العادي ضمان تلبية بيئتها الحرارية لمتطلبات التصميم بشكل فعال. في الواقع، يلعب استخدام المعدات وإدارتها دورًا رئيسيًا في تكوين البيئة الحرارية والحفاظ عليها، وأهمها الإدارة اليومية لعزل الألواح الحرارية وفتحات التهوية.

إدارة لحاف العزل الحراري

تُعدّ طبقة العزل الحراري أساسيةً لعزل السقف الأمامي ليلاً، لذا من الضروري للغاية تحسين إدارتها وصيانتها اليومية، مع مراعاة النقاط التالية: ① اختيار الوقت المناسب لفتح وإغلاق طبقة العزل الحراري. لا يؤثر وقت فتح وإغلاق هذه الطبقة على مدة إضاءة الدفيئة فحسب، بل يؤثر أيضاً على عملية التدفئة فيها. ففتحها أو إغلاقها مبكراً جداً أو متأخراً جداً لا يُساعد على تجميع الحرارة. ففي الصباح، إذا تم فتح الطبقة مبكراً جداً، ستنخفض درجة الحرارة الداخلية بشكل كبير بسبب انخفاض درجة الحرارة الخارجية وضعف الإضاءة. وعلى العكس، إذا تم فتحها متأخراً جداً، سيقل وقت دخول الضوء إلى الدفيئة، مما يُؤخر ارتفاع درجة الحرارة الداخلية. أما في فترة ما بعد الظهر، إذا تم إطفاء طبقة العزل الحراري مبكراً جداً، سيقل وقت تعرض الدفيئة للضوء، مما يُقلل من تخزين الحرارة في التربة والجدران الداخلية. على النقيض، إذا تم إيقاف تشغيل نظام العزل الحراري متأخرًا جدًا، سيزداد فقدان الحرارة من الدفيئة بسبب انخفاض درجة الحرارة الخارجية وضعف الإضاءة. لذلك، يُنصح عمومًا بتشغيل نظام العزل الحراري صباحًا، ثم الانتظار حتى ترتفع درجة الحرارة بعد انخفاضها بمقدار 1-2 درجة مئوية، وكذلك عند إيقاف تشغيله. ثانيًا: عند إغلاق نظام العزل الحراري، تأكد من تغطيته لجميع أسطح الدفيئة الأمامية بإحكام، وقم بتعديله فورًا في حال وجود أي فراغات. ثالثًا: بعد وضع نظام العزل الحراري بالكامل، تأكد من ضغط الجزء السفلي جيدًا لمنع تأثير العزل الحراري من التأثر بالرياح ليلًا. رابعًا: افحص نظام العزل الحراري وصيانته بانتظام، وخاصةً في حال تلفه، وقم بإصلاحه أو استبداله على الفور. خامسًا: راقب أحوال الطقس باستمرار. عند هطول الأمطار أو الثلوج، قم بتغطية لحاف العزل الحراري في الوقت المناسب وأزل الثلج في الوقت المناسب.

إدارة فتحات التهوية

يهدف نظام التهوية في فصل الشتاء إلى ضبط درجة حرارة الهواء لتجنب ارتفاعها المفرط وقت الظهيرة، والتخلص من الرطوبة الداخلية، وخفض نسبة الرطوبة في البيوت المحمية، ومكافحة الآفات والأمراض، وزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون داخلها، مما يعزز نمو المحاصيل. مع ذلك، فإن التهوية والحفاظ على الحرارة أمران متناقضان. فإذا لم تُدار التهوية بشكل صحيح، فقد يؤدي ذلك إلى انخفاض درجات الحرارة. لذا، يجب تعديل وقت ومدة فتح فتحات التهوية بشكل ديناميكي وفقًا للظروف البيئية للبيت المحمي في كل لحظة. في المناطق غير المزروعة شمال غرب البلاد، تنقسم إدارة فتحات التهوية في البيوت المحمية إلى طريقتين رئيسيتين: التشغيل اليدوي والتهوية الميكانيكية البسيطة. إلا أن وقت فتح ومدة التهوية يعتمدان بشكل أساسي على التقدير الشخصي، مما قد يؤدي إلى فتحها مبكرًا جدًا أو متأخرًا جدًا. لحل هذه المشكلات، صممت شركة "ين ييلي" جهاز تهوية ذكيًا للسقف، قادر على تحديد وقت فتح فتحات التهوية وحجمها عند الفتح والإغلاق وفقًا لتغيرات البيئة الداخلية. مع تعميق البحث في قانون التغير البيئي والطلب على المحاصيل، فضلاً عن انتشار وتطور التقنيات والمعدات مثل الاستشعار البيئي وجمع المعلومات وتحليلها والتحكم فيها، ينبغي أن يكون أتمتة إدارة التهوية في البيوت الزجاجية الشمسية اتجاهاً تنموياً مهماً في المستقبل.

تدابير إدارية أخرى

أثناء استخدام أنواع مختلفة من أغشية المظلات، تتضاءل قدرتها على نفاذ الضوء تدريجيًا، ولا يرتبط معدل هذا التضاؤل ​​بخصائصها الفيزيائية فحسب، بل يرتبط أيضًا بالبيئة المحيطة وطرق الاستخدام. يُعد تلوث سطح الغشاء العامل الأهم الذي يؤدي إلى انخفاض نفاذية الضوء. لذا، من الضروري جدًا تنظيفه بانتظام كلما سمحت الظروف بذلك. إضافةً إلى ذلك، يجب فحص هيكل الدفيئة دوريًا. عند وجود أي تسريب في الجدران أو السقف الأمامي، يجب إصلاحه فورًا لتجنب تسرب الهواء البارد إلى الدفيئة.

المشاكل القائمة واتجاهات التطوير

استكشف الباحثون ودرسوا على مدى سنوات عديدة تقنيات حفظ وتخزين الحرارة، وتقنيات إدارة البيوت الزجاجية، وأساليب التدفئة فيها في المناطق غير المزروعة بشمال غرب الصين، مما ساهم بشكل كبير في تحقيق إنتاج الخضراوات خلال فصل الشتاء، ورفع قدرة البيوت الزجاجية على مقاومة أضرار البرد الشديد، وبالتالي تحقيق إنتاج الخضراوات خلال فصل الشتاء. وقد أسهم ذلك إسهامًا تاريخيًا في تخفيف حدة التنافس بين الغذاء والخضراوات على الأراضي في الصين. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض المشكلات المتعلقة بتقنيات ضمان درجة الحرارة في شمال غرب الصين.

سيتم تحديث أنواع البيوت الزجاجية

لا تزال أنواع البيوت الزجاجية الحالية شائعة، وهي تلك التي بُنيت في أواخر القرن العشرين وبداية هذا القرن، وتتميز ببساطة هيكلها، وتصميمها غير العملي، وضعف قدرتها على الحفاظ على البيئة الحرارية ومقاومة الكوارث الطبيعية، فضلاً عن افتقارها إلى التوحيد القياسي. لذا، ينبغي في تصميم البيوت الزجاجية المستقبلية توحيد شكل وميل السقف الأمامي، وزاوية ميل البيت الزجاجي، وارتفاع الجدار الخلفي، وعمق بنائه، وغيرها، مع مراعاة خصائص الموقع الجغرافي والمناخ المحلي. وفي الوقت نفسه، يُفضل زراعة محصول واحد فقط في البيت الزجاجي قدر الإمكان، لضمان ملاءمة البيت الزجاجي لاحتياجات المحصول من الضوء ودرجة الحرارة.

حجم الدفيئة صغير نسبياً.

إذا كان حجم البيوت الزجاجية صغيرًا جدًا، فسيؤثر ذلك على استقرار بيئتها الحرارية وعلى تطوير الميكنة. ومع الارتفاع التدريجي في تكلفة العمالة، يُعدّ تطوير الميكنة اتجاهًا هامًا في المستقبل. لذا، ينبغي لنا في المستقبل أن نعتمد على مستوى التنمية المحلية، وأن نأخذ في الاعتبار احتياجات تطوير الميكنة، وأن نصمم المساحة الداخلية للبيوت الزجاجية وتخطيطها بشكل مدروس، وأن نسرع ​​من وتيرة البحث والتطوير للمعدات الزراعية الملائمة للمناطق المحلية، وأن نرفع من معدل ميكنة الإنتاج في البيوت الزجاجية. في الوقت نفسه، يجب أن تتوافق المعدات ذات الصلة مع المعايير وفقًا لاحتياجات المحاصيل وأنماط الزراعة، وأن نشجع البحث والتطوير المتكامل، والابتكار، ونشر معدات التهوية، وخفض الرطوبة، والحفاظ على الحرارة، والتدفئة.

لا يزال سمك الجدران مثل جدران الرمل والطوب المجوف سميكًا.

إذا كان الجدار سميكًا جدًا، فرغم جودة العزل، إلا أنه سيقلل من معدل استغلال التربة، ويزيد من تكلفة البناء وصعوبته. لذا، في التطوير المستقبلي، يمكن تحسين سمك الجدار علميًا وفقًا للظروف المناخية المحلية. ومن جهة أخرى، ينبغي تشجيع تصميم جدار خلفي خفيف وبسيط، بحيث يقتصر دوره على حفظ الحرارة، مع استخدام مُجمِّعات الطاقة الشمسية وغيرها من المعدات بدلًا من الجدار في تخزين الحرارة وإطلاقها. تتميز مُجمِّعات الطاقة الشمسية بكفاءة عالية في جمع الحرارة، وقدرة كبيرة على جمعها، وتوفير الطاقة، وانخفاض انبعاثات الكربون، كما أن معظمها قابل للتحكم والتنظيم الفعال، ويمكنها توفير تسخين طارد للحرارة موجه وفقًا لمتطلبات البيئة الليلية للبيت الزجاجي، مما يزيد من كفاءة استخدام الحرارة.

يلزم تطوير لحاف عازل حراري خاص.

يُعدّ السقف الأمامي العنصر الرئيسي لتبديد الحرارة في البيوت الزجاجية، ويؤثر أداء العزل الحراري للطبقة العازلة بشكل مباشر على البيئة الحرارية الداخلية. حاليًا، لا تُعدّ درجة حرارة البيوت الزجاجية جيدة في بعض المناطق، ويعود ذلك جزئيًا إلى رقة الطبقة العازلة وعدم كفاية أداء العزل الحراري للمواد المستخدمة. في الوقت نفسه، لا تزال الطبقة العازلة تعاني من بعض المشاكل، مثل ضعف مقاومتها للماء والانزلاق، وسهولة تلف سطحها وموادها الداخلية مع مرور الوقت. لذلك، ينبغي في المستقبل اختيار مواد العزل الحراري المناسبة علميًا وفقًا للخصائص والمتطلبات المناخية المحلية، وتصميم وتطوير منتجات خاصة من الطبقات العازلة ملائمة للاستخدام المحلي ونشرها على نطاق واسع.

نهاية

المعلومات المذكورة

لو غانليانغ، تشنغ جييو، وانغ بينغتشي، وآخرون. حالة البحث في تقنية ضمان درجة الحرارة البيئية للبيوت الزجاجية الشمسية في الأراضي غير المزروعة بشمال غرب البلاد [J]. هندسة التكنولوجيا الزراعية، 2022، 42(28): 12-20.