設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能技術(shù)的新進(jìn)展

在2017年8月于北京召開的“2017國際設(shè)施園藝大會(huì)（GREENSYS2017）”上了解到，當(dāng)前溫室技術(shù)創(chuàng)新正向低碳、節(jié)能、高效方向拓展，太陽能熱利用回收、主動(dòng)式蓄放熱、熱泵節(jié)能調(diào)溫技術(shù)、LED補(bǔ)光等正成為研究熱點(diǎn)。由此可見，設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能技術(shù)已是世界普遍關(guān)注的話題。目前中國主要存在連棟溫室、日光溫室、塑料大棚3種設(shè)施類型，前人針對(duì)不同設(shè)施類型的特點(diǎn)，進(jìn)行了節(jié)能方面的研究。為保證設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，設(shè)施節(jié)能與綠色能源利用是降低溫室能源成本、節(jié)約資源的必由之路。“2017設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”特邀行業(yè)專家與企業(yè)管理者，分享了設(shè)施節(jié)能方面行之有效的解決方案，以求廣泛推廣和應(yīng)用。

溫室節(jié)能技術(shù)

溫室生產(chǎn)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要方式，溫室運(yùn)行能耗的高低，主要取決于溫室的選址、外觀建筑設(shè)計(jì)、內(nèi)部運(yùn)營管理等方面。許多專家學(xué)者以及企業(yè)的科研部門都在積極探索，并在溫室硬件節(jié)能和軟件節(jié)能方面取得了不錯(cuò)的成績，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

日光溫室主動(dòng)蓄放熱技術(shù)

日光溫室是中國北方地區(qū)特有的溫室類型，主要通過后墻體吸收太陽能來實(shí)現(xiàn)蓄放熱，維持室內(nèi)一定的溫度水平，以滿足蔬菜作物生長的需要。但這種傳統(tǒng)的被動(dòng)式蓄放熱方式，熱能蓄積與釋放過程緩慢，蓄積釋放熱量有限，熱量釋放過程不可控，所以，進(jìn)一步提高日光溫室光熱能源利用效率，提高溫室溫度環(huán)境調(diào)控能力已是勢(shì)在必行。

西北農(nóng)林科技大學(xué)鄒志榮教授介紹，固定采光面溫室由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因，無法保證溫室采光面在冬季獲得較佳的采光效率，西北農(nóng)林科技大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可變傾角日光溫室，該溫室設(shè)置有固定屋面和機(jī)動(dòng)屋面，溫室的前采光屋面的采光角度可根據(jù)采光需要連續(xù)改變自身傾角，從而最大限度地提高采光效率；研發(fā)團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了主動(dòng)蓄熱溫室結(jié)構(gòu)，該溫室結(jié)構(gòu)的后墻安裝有風(fēng)機(jī)蓄熱系統(tǒng)和蓄熱孔道，可根據(jù)日光溫室蓄放熱的需要主動(dòng)蓄熱，將日光溫室白天多余熱能通過蓄熱風(fēng)機(jī)灌入后墻中進(jìn)行儲(chǔ)存，夜晚再通過后墻的傳熱釋放到溫室內(nèi)，通過對(duì)溫室的主動(dòng)蓄放熱過程控制，使溫室內(nèi)的溫度平均提升4～6℃。

溫室相變蓄熱技術(shù)

相變材料是可隨溫度變化而改變形態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)，在由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程中將吸收或釋放大量的潛熱。相變蓄熱技術(shù)是一種以相變儲(chǔ)能材料為基礎(chǔ)的高新儲(chǔ)能技術(shù)，是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，將其應(yīng)用在溫室上，對(duì)設(shè)施節(jié)能具有重要意義。

西北農(nóng)林科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)對(duì)相變材料在日光溫室上的應(yīng)用也做了深入研究，研制出了適用于日光溫室的定形相變材料，并應(yīng)用于日光溫室的后墻蓄熱墻板，解決了相變材料的密封性和泄露問題。將封裝有定形相變材料的蓄熱墻板安裝于溫室后墻進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)量，

結(jié)果顯示可顯著提高夜間室內(nèi)溫度；相變蓄熱墻板可以作為溫室蓄熱層替代紅磚蓄熱層；另外，相變蓄熱墻板價(jià)格較低，可廣泛推廣使用。

LED技術(shù)在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用

植物的生長與光照有著密切的關(guān)系，最大程度地利用光能，充分發(fā)揮植物光合作用的潛力，將直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益。由于季節(jié)性的變化，不同地區(qū)每天的日照時(shí)數(shù)也不盡相同，且近年來霧霾天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響了溫室作物所汲取的光照強(qiáng)度，導(dǎo)致作物生長緩慢，品質(zhì)、產(chǎn)量下降，因此急需進(jìn)行人工補(bǔ)光。

廣州市力儂照明技術(shù)有限公司副總經(jīng)理?xiàng)钣陆榻B說，LED作為新一代光源，電光轉(zhuǎn)換效率更高，光譜可調(diào)、光合效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著LED光源的電光效率進(jìn)一步提升，規(guī)模效應(yīng)產(chǎn)生的成本下降，LED光源將成為農(nóng)業(yè)設(shè)施補(bǔ)光的主流設(shè)備。LED光源融合現(xiàn)代智能控制及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，硬件上應(yīng)用光感傳感器和時(shí)控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)近距離、遠(yuǎn)程或智能控調(diào)LED燈具的光譜、光量輸出及開關(guān)等，在溫室補(bǔ)光、植物組培、植物工廠以及遺傳育種等眾多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

綠色能源利用

在石油資源短缺和環(huán)境污染問題嚴(yán)重的今天，人們開始尋找并開發(fā)綠色能源。綠色能源是國際能源利用的基本趨勢(shì)，也是中國能源可持續(xù)利用的客觀要求。為節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境，溫室生產(chǎn)更需要利用干凈清潔且可再生的綠色能源。

太陽能的利用

太陽能是大自然賜予的一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，已成為人們使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換2種方式。將太陽能與溫室生產(chǎn)相結(jié)合是必然趨勢(shì)，人們不斷積極嘗試開發(fā)適合中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的太陽能利用模式，并取得了階段性的勝利。

● 光伏溫室

隨著太陽能發(fā)電應(yīng)用越來越廣泛，以及太陽能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、建筑造型的需要，光伏建筑一體化的概念應(yīng)運(yùn)而生，隨之，光伏與溫室設(shè)施相結(jié)合也成為中國溫室園藝產(chǎn)業(yè)近年來興起的一種新型設(shè)施結(jié)構(gòu)形式。農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)施農(nóng)業(yè)研究所魏曉明博士表示，光伏組件所產(chǎn)電能供溫室使用或直接并網(wǎng)，可減少生產(chǎn)能耗、擺脫溫室建設(shè)選址的能源供給限制和光伏電站建設(shè)的土地制約，這一研究在溫室和光伏行業(yè)引起了越來越多的關(guān)注。光伏組件對(duì)室內(nèi)光照強(qiáng)度、光質(zhì)變化、地面光環(huán)境均勻度都會(huì)產(chǎn)生影響，根據(jù)這三方面的影響，對(duì)溫室專用組件進(jìn)行了開發(fā)，并提出光伏溫室主體結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定方法，以期光伏溫室可以惠于產(chǎn)業(yè)，惠于種植者。

● 太陽能供熱技術(shù)

顧名思義，就是將太陽能作為熱源的熱泵系統(tǒng)。太陽能熱泵系統(tǒng)在溫室設(shè)施中的應(yīng)用是綜合利用可再生能源，走可持續(xù)發(fā)展道路的有效手段。我國地域廣闊，蘊(yùn)藏著豐富的太陽能資源，在溫室設(shè)施中因地制宜地應(yīng)用太陽能供熱技術(shù)，既節(jié)約了能源，又保護(hù)了環(huán)境，符合國家資源和環(huán)境戰(zhàn)略，有著非常廣闊的發(fā)展前景。

常州?？ㄌ柲軣岜糜邢薰靖笨偨?jīng)理劉瑞介紹，太陽能儲(chǔ)能熱泵技術(shù)是利用逆卡諾循環(huán)的原理，蓄熱式太陽能集熱蒸發(fā)器中的制冷劑工質(zhì)直接吸收太陽輻射能低溫蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮排出高溫高壓的制冷劑蒸汽進(jìn)入高溫冷凝器冷凝放熱，冷凝液在高低壓差的作用下通過膨脹閥降壓降溫進(jìn)入蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，從而形成一個(gè)熱泵工作循環(huán)。該技術(shù)具有高效、穩(wěn)定、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、省錢等特點(diǎn)，是溫室內(nèi)儲(chǔ)能供熱的理想選擇。

廣東日出東方空氣能有限公司首席技術(shù)官劉毅說，太空能微通道局部恒溫系統(tǒng)以太陽能集熱器為主、熱泵為輔采集太陽能熱量，或利用低位電價(jià)通過儲(chǔ)能系統(tǒng)將熱量儲(chǔ)藏，然后利用同程保溫管路通過變頻泵輸送至微通道毛細(xì)管網(wǎng)換能器，從而對(duì)植物生長環(huán)境進(jìn)行恒溫調(diào)控。恒溫系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程智能化集中控制系統(tǒng)具有熱量采集、輸送及控溫控濕等功能，可根據(jù)植物生長需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

地?zé)崮艿睦?/p>

中國是一個(gè)地?zé)豳Y源相當(dāng)豐富的國家，大力發(fā)展地?zé)崮苣軌蚓徑饽茉垂?yīng)緊張局面，很大程度上解決因大量使用化石能源所造成嚴(yán)重的空氣污染問題。近年來，農(nóng)業(yè)逐步走向現(xiàn)代化，各種性能優(yōu)良的溫室也在逐步建造，溫室內(nèi)采用地?zé)峁┡瓤梢蕴岣呤覝?，又?jīng)濟(jì)安全，其應(yīng)用前景巨大。Priva亞洲區(qū)域總經(jīng)理羅蘭表示，地下含水層儲(chǔ)能技術(shù)（ATES技術(shù)）是一項(xiàng)可持續(xù)的淺層地?zé)崮荛_發(fā)技術(shù)，是通過水循環(huán)，夏天把熱量存儲(chǔ)到地下，冬天再取出來利用的原理對(duì)建筑內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控，該技術(shù)因節(jié)能、環(huán)保，在歐洲已被廣泛應(yīng)用。羅蘭還表示，利用地源熱泵采用地表以下4000 m深的地?zé)釣闇厥姨峁┘訙?，也是荷蘭種植者對(duì)地?zé)崾褂玫氖侄沃?。例如在荷蘭的Westland，一臺(tái)地源熱泵能為23個(gè)溫室提供熱源，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非生物質(zhì)能源的高效利用。

全能源的利用

在荷蘭等國家，天然氣全能源配合天然氣調(diào)峰鍋爐和蓄能罐，是主流的應(yīng)用方式。上海芯智儂實(shí)業(yè)有限公司副總經(jīng)理潘首峰帶來了歐洲版綜合能源解決方案“全能源系統(tǒng)”，據(jù)介紹，該系統(tǒng)是利用天然氣為燃料，通過燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，將余熱進(jìn)行回收提供供暖熱源；可通過能量轉(zhuǎn)換提供降溫冷源；可將燃燒尾氣中的CO2進(jìn)行過濾處理后加以回收作為作物氣肥；所發(fā)電力可以驅(qū)動(dòng)補(bǔ)光系統(tǒng)；從而實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)對(duì)“冷熱電氣光”的綜合需求。全能源系統(tǒng)在傳統(tǒng)天然氣分布式能源（熱電聯(lián)產(chǎn)CHP、冷熱電三聯(lián)供CCHP）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)設(shè)施農(nóng)業(yè)的需求擴(kuò)展，通過對(duì)能源的梯級(jí)利用，其綜合能源利用效率可以達(dá)到90%以上，屬于天然氣分布式能源的重要應(yīng)用模式之一。

[引用信息]張瑜.設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能技術(shù)的新進(jìn)展——2017設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大會(huì)側(cè)記[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（28）：31-33.endprint