周口市光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室設(shè)計(jì)方案及效益分析

王霞

摘要 介紹周口市光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室設(shè)計(jì)理念、規(guī)模、技術(shù)方案，總結(jié)光伏智能溫室種植技術(shù)規(guī)范，對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，以指導(dǎo)光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 光伏高效農(nóng)業(yè)；智能溫室；設(shè)計(jì)方案；效益；河南周口

中圖分類號(hào) TP223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）12-0200-02

2015年3月，周口市招商引資40億元在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)高效農(nóng)業(yè)光伏智能溫室，占地面積133.33 hm2，用于中高端瓜果、蔬菜、果樹種植及魚類養(yǎng)殖，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、立體農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效。項(xiàng)目由河南豫農(nóng)新能源發(fā)展有限公司投資，一期工程投資12億元，正在施工。

1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念

堅(jiān)持科學(xué)實(shí)用的原則；堅(jiān)持節(jié)水、節(jié)能、高效的原則；堅(jiān)持溫室結(jié)構(gòu)用材以及設(shè)備選購(gòu)可靠、先進(jìn)、適用的原則；堅(jiān)持世界領(lǐng)先的原則。根據(jù)建設(shè)要求，在各系統(tǒng)的關(guān)鍵部位上均選用進(jìn)口或國(guó)內(nèi)最優(yōu)的產(chǎn)品[1]。

2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容、規(guī)模

（1）光伏智能溫室示范種植基地。建設(shè)光伏智能溫室8 m×60 m，10連棟25棟，組裝式光伏溫室13.33 hm2示范基地。

（2）光伏智能溫室高效農(nóng)業(yè)種植基地。建設(shè)光伏智能溫室單體果蔬大棚20 m×60 m，700棟，占地面積100 hm2。

（3）光伏生態(tài)溫室觀光、休閑、餐飲基地。建設(shè)光伏生態(tài)溫室8 m×60 m，10連棟10棟，占地面積6.67 hm2。

（4）基地其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。建設(shè)辦公區(qū)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制及軟件研發(fā)區(qū)、電力配送管理區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品加工儲(chǔ)存區(qū)、物流園區(qū)等，占地面積13.33 hm2。

（5）基地配套設(shè)施建設(shè)。露地噴灌系統(tǒng)建設(shè)16.67 hm2，棚內(nèi)噴灌系統(tǒng)建設(shè)66.67 hm2、太陽(yáng)能殺蟲燈60臺(tái)、滴灌設(shè)施10套。

3 項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)技術(shù)方案

3.1 單體果蔬大棚

根據(jù)果蔬栽培需要和當(dāng)?shù)貙?shí)際，本項(xiàng)目單體大棚設(shè)計(jì)選用GP-C622L型鋼管塑料單體大棚，大棚規(guī)格為1 200 m2（20 m×60 m）。

（1）栽培果蔬種類。大棚主要栽培種類為：茄果類（草莓、冰菜、番茄、茄子、辣椒）、綠葉菜類（菠菜、生菜）、甘藍(lán)類（花椰菜、芥蘭）、果樹類（秋桃、仙桃、矮化蘋果、矮化金杏）、食用菌類、蔥蒜類。

（2）主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。主要構(gòu)件使用壽命：10年（熱鍍鋅）

（3）結(jié)構(gòu)。跨度20 m，肩高2.5 m，頂高6.0 m，總長(zhǎng)60 m，拱間距0.75 m，拱桿插入土中0.4 m。

（4）主要配置。每一側(cè)面設(shè)2道卡槽，每一山墻設(shè)3道卡槽，每一山墻拱頂設(shè)1道弧形卡槽，頂部設(shè)3道縱拉桿。二側(cè)采用手動(dòng)萬(wàn)向節(jié)卷膜長(zhǎng)置，卷膜高度為80 cm。兩側(cè)壓膜線固定裝置均采用8#鍍鋅鐵絲，并用螺旋樁固定。

棚端：設(shè)搖門二開，一端為雙門，尺寸（寬×高）為1 800 mm×1 700 mm；另一端為單門，尺寸為900 mm×1 700 mm。

（5）鋼材。管棚鋼結(jié)構(gòu)主要材料全部采用熱浸鍍鋅工藝，使用壽命10年以上。

（6）性能指標(biāo)：風(fēng)載：>0.5 KN/m2，雪載：>0.3 KN/m2。

3.2 10連棟溫室大棚

（1）主要栽培種類有茄果類、綠葉菜、果樹類。立體養(yǎng)殖種類有娃娃魚、三文魚、錦鯉等。

（2）結(jié)構(gòu)。連棟鋼架大棚設(shè)計(jì)為10跨連體，單棟長(zhǎng)60 m，單棟面積為480 m2。根據(jù)實(shí)際地形，長(zhǎng)、寬作適當(dāng)調(diào)整。其規(guī)格與技術(shù)參數(shù)如下：跨度8.0 m，肩高2.5 m，脊高6.0 m，開間4.0 m，拱間距1 m。

（3）性能參數(shù)。最大排雨水能力：140 mm/h（大于AAA市降雨量記錄），使用年限：15年以上，主體結(jié)構(gòu)8年內(nèi)無(wú)明顯銹蝕。

（4）大棚基礎(chǔ)。大棚內(nèi)采用C15混凝土獨(dú)立樁基礎(chǔ)，強(qiáng)度高，造價(jià)低，不影響室內(nèi)地面有效使用面積?；A(chǔ)規(guī)格為：底面400 mm×400 mm，頂面300 mm×300 mm，高400 mm[2]。

（5）大棚主體骨架。材料規(guī)格：骨架主要材料為國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熱軋鋼板、熱鍍鋅鋼管和溫室專用型材，其中，主立柱：Φ60 mm×2.5 mm熱鍍管，輔立柱：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，棚頭立柱：Φ32 mm×1.8 mm熱鍍管，柱間撐：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，水槽：δ2.0 mm×400 mm鋼板，肩梁：30 mm×50 mm×2 mm方管，拱桿：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，輻桿：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，下弦橫梁：Φ32 mm×1.8 mm熱鍍管，薄膜：0.12 mm國(guó)產(chǎn)膜，遮陽(yáng)網(wǎng)：75%遮光率。

（6）骨架結(jié)構(gòu)：采用熱鍍鋅鋼材制作大棚骨架，具有不易生銹、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。棚體設(shè)計(jì)成拱頂形式，提高大棚的通風(fēng)透氣與散熱性能，增強(qiáng)棚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高棚內(nèi)光照[3]。

大棚采用Φ60 mm×2.5 mm熱鍍鋅鋼管作立柱，縱向立柱間距4 m，為增強(qiáng)大棚的整體穩(wěn)定性，每排立柱設(shè)2組采用Φ25 mm×1.5 mm鋼管制作的柱間撐桿。

大棚兩側(cè)墻每?jī)筛髁⒅g設(shè)兩根輔立柱，材料為Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管。

一棟10連跨大棚縱向共設(shè)8條水槽，水槽采用2 mm厚熱鍍鋼板折成，由托架固定于立柱上。水槽采用兩端排水法，坡度為0.5%，水槽兩端各設(shè)1根Φ110PVC排水管，雨水經(jīng)排水管流至地面排水溝。

大棚邊排立柱頂部不設(shè)水槽，采用60 mm×50 mm×2 mm方管制作肩梁。

4 光伏智能溫室種植技術(shù)規(guī)范

4.1 環(huán)境閉鎖密封系統(tǒng)

光伏智能溫室示范種植基地是在全封閉的環(huán)境下構(gòu)建的植物種植系統(tǒng)，它要求栽培環(huán)境不受任何外界氣候因子的影響，基于此要利用隔熱避光與防風(fēng)的材料建設(shè)廠房，以最佳的隔熱性能實(shí)現(xiàn)能量損耗的最少化與節(jié)能化，根據(jù)冷庫(kù)建設(shè)的隔熱原理，用隔熱性與避光性較好的15 cm厚的泡沫絕熱板作為建設(shè)材料，使工廠內(nèi)外的能量交換最小化，內(nèi)外影響最小化。endprint

4.2 人工補(bǔ)光系統(tǒng)的建設(shè)

光伏智能溫室內(nèi)補(bǔ)光系統(tǒng)是最為重要的系統(tǒng)，它是構(gòu)成植物生物量的一種主要能源，是代謝與活動(dòng)所需能量的來(lái)源。一般人工補(bǔ)光系統(tǒng)以紅藍(lán)光為主，以R/B為10～5∶1較為適宜。在光周期上，常綜合使用400US的脈沖補(bǔ)光、24 h全光照補(bǔ)光，達(dá)到光合時(shí)間的最大化，但開花結(jié)果植物對(duì)光周期較敏感，補(bǔ)光要光期暗期分明。

4.3 微噴加濕系統(tǒng)的建設(shè)

對(duì)瓜果、蔬菜等需水較少的植物，在栽培過(guò)程中，用超聲波霧化加濕機(jī)保持相應(yīng)的空氣濕度，可以為植物生長(zhǎng)提供最佳的生長(zhǎng)條件。微噴加濕系統(tǒng)建設(shè)較簡(jiǎn)單，一般由微噴頭、供水管道組成，而超聲波霧化器就更簡(jiǎn)單，只需把產(chǎn)生的霧化經(jīng)風(fēng)扇通入工廠栽培空間即可。

4.4 空氣循環(huán)流通系統(tǒng)

在閉鎖型的苗木生產(chǎn)工場(chǎng)內(nèi)，空氣循環(huán)流通系統(tǒng)結(jié)合二氧化碳的強(qiáng)制供應(yīng)成為該技術(shù)中最為重要的核心，它對(duì)于提高植物快繁微材料光合效率、促進(jìn)離體材料發(fā)育生根極為重要，可借鑒日本現(xiàn)行的通風(fēng)供氣系統(tǒng)[4]。

4.5 二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)

在有限的栽培空間，二氧化碳遞減，消耗迅速，若不能有效補(bǔ)給，植物會(huì)缺二氧化碳，造成幼苗生長(zhǎng)差，因此，要提供二氧化碳?xì)獾墓庠?。二氧化碳?xì)庖霉艿垒斔?，由于二氧化碳具有沉降性，在建設(shè)管道系統(tǒng)時(shí)，要從植物工廠頂端輸入，使二氧化碳?xì)饩鶆蚍植加诠S內(nèi)。

4.6 營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)控制與供給系統(tǒng)

為給植物提供濃度適宜、溶氧足、pH值適宜、養(yǎng)分全的營(yíng)養(yǎng)液，要建立營(yíng)養(yǎng)液自動(dòng)控制與供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)控、輸送兩部分。輸送部分由管道聯(lián)接而成；調(diào)控部分包括母液貯藏罐、營(yíng)養(yǎng)液池、養(yǎng)分檢測(cè)探頭與自動(dòng)控制組成，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，科學(xué)調(diào)控。

4.7 物理殺菌系統(tǒng)

由于生產(chǎn)中常常發(fā)生各種病菌侵害植物，為獲得綠色農(nóng)產(chǎn)品，要采取物理殺菌。一是設(shè)置殺菌室，在入口處的緩沖間，人員進(jìn)入廠內(nèi)嚴(yán)格換鞋更衣與殺菌消毒。二是安裝空氣殺菌或過(guò)濾裝置。為防止內(nèi)外空氣對(duì)流時(shí)，細(xì)菌進(jìn)入植物工廠，在每個(gè)入氣口安裝空氣殺菌或過(guò)濾裝置。三是定期消毒。定期用電功能水消毒植物工廠，一般1～10 min細(xì)菌、病毒、真菌死亡，而且不對(duì)環(huán)境造成殘留。

4.8 溫度控制系統(tǒng)

為促進(jìn)植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，要為植物提供適宜的溫度環(huán)境。一般利用溫度傳感器及自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，而加溫或致冷主要由空調(diào)機(jī)、加熱用的熱風(fēng)爐、暖氣片、加熱管道、地下熱、致冷器等完成。

4.9 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

這個(gè)系統(tǒng)是植物工廠的大腦核心，一切環(huán)境因子的創(chuàng)造及栽培因子的監(jiān)測(cè)與控制都得通過(guò)該系統(tǒng)自動(dòng)控制。它的構(gòu)建安裝就是完成與各個(gè)執(zhí)行部件的電信號(hào)聯(lián)接與各種傳感器在空間內(nèi)的布局，其他的控制主機(jī)部門現(xiàn)在都有相對(duì)成熟與成型的設(shè)備與技術(shù)，只需進(jìn)行安裝就可使用。安裝與連接好計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，把它與電腦連接，實(shí)現(xiàn)軟件的遠(yuǎn)程控制，利用電腦網(wǎng)絡(luò)或者手機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)跨空間遠(yuǎn)距離控制，實(shí)現(xiàn)的方法有2種。一種是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，一種是通過(guò)無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊控制，只要手機(jī)有信號(hào)的地區(qū)都可對(duì)基地進(jìn)行操作與控制，利用上述2種方法可以實(shí)現(xiàn)全球性控制。目前普遍是直接把辦公室的微機(jī)與植物工廠的計(jì)算機(jī)控制主機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)線連接，實(shí)現(xiàn)近距離的控制。

4.10 視頻監(jiān)控與圖像傳送系統(tǒng)

為了使管理者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理與診斷，在植物工廠內(nèi)安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)24 h實(shí)時(shí)在線監(jiān)控錄像與傳送。該系統(tǒng)主要包括軟件、數(shù)字化硬盤、攝像頭、電腦，還可結(jié)合計(jì)算機(jī)控制軟件，實(shí)現(xiàn)圖像與參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控與記錄[5]。

4.11 廢物廢液循環(huán)再利用系統(tǒng)

在植物工廠的栽培與收獲過(guò)程中，一些營(yíng)養(yǎng)廢液的排放及植物的殘?jiān)认履_料都可以作為生物菌發(fā)酵的原料進(jìn)行堆肥處理，把堆肥發(fā)酵后的無(wú)菌無(wú)臭殘?jiān)鳛闋I(yíng)養(yǎng)土配制的原料進(jìn)行無(wú)土栽培，而由其浸出液制取的液肥又可作為追肥或者水培的營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行二次循環(huán)利用，采用這種方法可以實(shí)現(xiàn)植物工廠的零排放，讓植物工廠自身就能完成整個(gè)生態(tài)圈內(nèi)的能量循環(huán)。完成這個(gè)環(huán)節(jié)所起到作用最大的技術(shù)就是生物菌的發(fā)酵處理技術(shù)，在該系統(tǒng)安裝時(shí)，只需按生物菌發(fā)酵的流程與工藝購(gòu)置成套的設(shè)備與相關(guān)檢測(cè)儀器即可，操作使用都較為簡(jiǎn)單，從而可以為各種類型的植物工廠采用。

5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析

以單棟標(biāo)準(zhǔn)化光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室（投資80萬(wàn)元）產(chǎn)出效益為例計(jì)算。

5.1 光伏發(fā)電部分

10 MW光伏電站，實(shí)際裝機(jī)光伏面積為11.5 m×47 m，50 KW×4 h光照發(fā)電年收入為200 kW·h/d×365 d×1.00元/kW·h=73 000元。管理費(fèi)用按5%計(jì)算，需3 650元，年凈收入69 350元。

5.2 高效農(nóng)業(yè)部分

食用菌高產(chǎn)栽培：以普通香菇（標(biāo)準(zhǔn)菌棒規(guī)格：100 mm×200 mm）為例，4 000棒×1 kg/棒×4批/年×80%轉(zhuǎn)換率×10元/kg=128 000元。特色茄果（如紫茄）高產(chǎn)栽培，年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紫茄30 000 kg，按2.6元/kg，產(chǎn)值78 000元。單棟溫室年需原材料及管理費(fèi)用等各種投資平均40 000元。單棟標(biāo)準(zhǔn)化光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室年凈收入為166 000元。

5.3 單棟標(biāo)準(zhǔn)化光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室年收益

單棟標(biāo)準(zhǔn)化光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室年凈收入為69 350元+166 000元=235 350元。

5.4 資金回收率

單棟標(biāo)準(zhǔn)化光伏高效農(nóng)業(yè)智能溫室資金回收率為235 350元/80萬(wàn)元=29.4%。3～4年可收回投資成本。

6 項(xiàng)目社會(huì)效益分析

一是每年為社會(huì)提供新能源電力6 800萬(wàn)kW·h；二是提供就業(yè)崗位300多人；三是提供有機(jī)、綠色、無(wú)公害優(yōu)質(zhì)瓜果、蔬菜、食用菌及水產(chǎn)品4萬(wàn)～5萬(wàn)t，既豐富城鄉(xiāng)居民的餐桌，又提高生活質(zhì)量。四是居民到園區(qū)參觀旅游，既豐富文化生活，又為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的推廣利用起到宣傳帶動(dòng)作用。

總之，該項(xiàng)目綠色環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)化政策的要求，發(fā)展前景廣闊，項(xiàng)目切實(shí)可行[6]。

7 參考文獻(xiàn)

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