上海崇明地區半封閉溫室的節能分析

王 芳

華融（上海）工程設計咨詢有限公司

1 項目概況

該溫室種植品種主要有甜椒、迷你番茄、雞尾酒番茄、黃瓜、育苗及生菜等作物，溫室面積總計187296m2，作物總產量1.46萬噸∕年，各品種計劃如表1。

表1 溫室各品種育種計劃表

在堅持節能高效、投資與運行合理的原則下，本溫室因地制宜，進行了一系列適宜植物生長的溫室節能設計。

2 溫室建筑節能分析

2.1 采用透光性玻璃及封閉橡膠節能

由于溫室類工程的特殊性，國內目前并沒有相應的節能規范。溫室建筑需要大面積使用玻璃、陽光板等透明的建筑圍護材料，傳熱系數比較大，會產生較大的能耗。

該溫室屋頂玻璃為鋼化玻璃，溫室玻璃墻面為非鋼化透明浮法玻璃，浮法玻璃較普通玻璃透光性能好，透明浮法玻璃透光率89%，提高植物光合作用效率。為增強溫室的封閉性，采用W型橡膠型材可防止玻璃與鋁型材的直接接觸，降低傳熱系數，節省能源。

2.2 內保溫系統

溫室采用內保溫系統，可有效降低能耗損失，提高作物產量。該溫室內配置水平的內保溫系統，該系統以水平方向懸吊在溫室的桁架上，貫穿整個大棚區域。整個安裝結構的墻體內側面都有能量吸收幕布，安裝在一個密閉空間內，可以有效吸收能量。幕布型號為OBCSCURA 10070，遮光率大約100%，節能大約70%。

2.3 遮陽系統

在夏季，由于進入溫室的太陽輻射熱負荷太高，僅僅利用通風不能夠實現理想降溫，溫室內的高溫、低濕環境對植物的生長不利，需要設計、配備遮陽系統。溫室上下層內簾幕系統采用性能強、節能效率高的材質，密封兜采用密封性能好的品牌，保證溫室環境穩定，節約能源。

該溫室采用上層及下層內簾幕系統，以實現遮陽降溫。上層內幕系統幕布采用HARMONY 3845，遮陽率38%，節能率45%，散射；密封兜采用品牌LUXOUS 1347 FR，安裝在每個分區幕布的兩端，保證密封性。下層內簾幕系統幕布采用OBSCURA 9950RF W，遮陽率99%，節能率50%。密封兜采用品牌OBSCURA 9950RF W，安裝在每個分區幕布的兩端，保證密封性。

3 設備專業節能分析

溫度是溫室氣候特征最基本的要素之一，極大地影響溫室作物的產量。該溫室采用環控系統以及水肥一體化系統，實現作物生長氣候的智能化精準控制。此外，為了調節控制溫室氣候，需設置集中式供冷供熱系統，該系統是溫室耗能的主要系統，對能源消費總量控制影響較大。同時，為提高作物產量，通過LED補光照明系統，促進植物生長。

3.1 環控系統及水肥一體化

智能控制平臺是園藝生產現代化、工廠化的直接體現，通過智能控制平臺，可通過計算機將氣候控制系統、灌溉系統、作物生長控制系統有機聯合，實現對溫度、濕度、光照、澆水、施肥、作物生長環境全自動控制。該溫室環控系統選用目前世界最先進的溫室計算機控制系統，設定每天24小時六個不同時段的作物生長需求策略，將作物生長與氣候環境、灌溉管理等條件有機結合，實現作物生長氣候的智能化精準控制。

水肥一體化系統配置施肥機、過濾器、儲肥罐、消毒機、水泵及電動閥、滴灌系統等。灌溉水源是回收雨水，計算機精準灌溉施肥，營養液余液回收利用，實現零排放。

3.2 集中式制冷供暖系統

荷蘭半封閉溫室一般采用地源熱泵系統，地源熱泵是一種利用土壤所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖制冷空調系統，通常地源熱泵消耗1kwh 的能量，用戶可以得到4.4kwh 以上的熱量或冷量。該項目位于上海市崇明區，地源熱泵系統安裝條件不成熟?？紤]到溫室面積較大，分散式供冷、供熱能源消耗大，不易智能化控制。另外，熱電聯供系統國內成熟案例較少，往往需要建設獨立的能源供應中心，還要考慮冷熱電供應的外網設備。而集中式供冷供熱系統冷熱源設備集中管理，可以實現能源的梯級利用，實現高效運行，提高設備利用率。因此，與分散式、熱電聯供系統相比，集中式供冷供熱系統更為節能高效。該溫室設置集中冷熱源系統，采用12臺冷水機組制冷，3臺燃氣鍋爐加熱，并設蓄冷、蓄熱設施。

夏季采用風冷螺桿式冷水機組提供冷源，制冷量為1671kW，制冷性能系數為4.884；冬季采用3 臺天然氣鍋爐制取熱水，控制方式為全自動微電腦控制；每臺容量為8400kW，總供熱負荷容量為25200kW，并配有安全設備，滿足供熱要求，鍋爐熱效率≥92%。

該項目采用集中冷熱源系統投資較小，運行費用低，節約能耗；同時，考慮設置儲熱和儲冷罐，用以錯峰調節，使設備運行在合理狀態，有利于節能。

3.2.1 制冷系統選擇

目前，設施園藝界的半封閉溫室正壓送風首部常用的系統有2種：一種是采用地源熱泵、水源熱泵等方式提供冷熱源；另一種采用濕簾蒸發降溫、機械制冷提供冷源，以鍋爐熱水提供熱源，前一種形式投資大、運行費用高，對于崇明區技術可行性低；后一種投資小、運行費用低。該項目溫室生產區根據種植產品特點采用不同的降溫系統，其中育苗溫室和生菜溫室采用JSK制冷系統；番茄甜椒區綜合采用半封閉溫室混壓室濕簾風機和機械降溫系統。

JSK制冷系統是一個獨立的新型制冷系統，在半封閉溫室里面，原來的制冷是將風機和表冷機放在混壓機里面。對于葉菜而言，因為葉菜作物面在床上，作物面比較低，需要將整個溫室的溫度都降下來，較為耗能。JSK 的風機放置于作物床邊，這樣制冷的距離相對較短，起到一個節約能源的作用。

番茄甜椒區兩種降溫方式的作用效果是相同的，機械降溫在溫室頂窗未完全打開且室內濕度較低時效果較好；如室外光照很強，且室外空氣溫度高和濕度較低的情況下，濕簾風機效果較好。

該項目根據育種產品特點選擇針對性的制冷系統，節約用能。JSK 系統廣泛應用于葉菜生產溫室，全部由氣候計算機監控，智能化控制，利于能源控制，減小能源損耗。

3.2.2 加熱能源儲備系統

加熱系統是溫室實現優質高產非常重要的條件。先進的加溫系統不僅與通風系統相結合可為溫室內作物生產創造適宜的溫度和濕度條件，形成良好的小氣候生態條件，而且可以節約能源并可提高勞動生產率。目前，國內溫室加熱系統主要通過暖氣加熱或日光采暖，無法實現對溫室內不同季節、不同部位均勻供熱，且不能進行植株生長過程中溫度設定。該項目設置立體加熱系統，通過系統整合溫室內外的溫度差以及設定加溫溫度，控制加溫管道混合閥和循環泵的開閉，自動調節溫室內部溫度，底部加溫管道還可作為省力化操作設備的軌道使用。

同時，為節約電能，該項目利用先進的儲能技術，節省運行費用，為實現現代農業能源利用的可持續性發展提供了一條途徑。

3.3 LED補光照明系統

植物生長需要光合作用來積累有機物補充生長所需要的能量，是植物體內最重要的生命活動過程，植物補光的原理是通過增加光合有效輻射來達到促進植物生長發育目的。LED光源的主要優點有：①發光效率高，單色性好；②綠色環保方面，對環境污染；③節能省電，相當于高壓鈉燈節電達到80%以上；④靈活性強，因其體積小，可根據需要進行不同組合；⑤使用壽命長，一般在5 萬小時以上。該項目采用LED 補光系統，LED 植物照明燈具比較節能、功率小、效率高。

4 節能效果評估

由于國家和上海市尚未出臺針對溫室的能耗標準，同時未能掌握類似項目的能耗數據，現項目能效對比以荷蘭傳統溫室能效水平作為參考。

4.1 該項目單位面積能耗水平

經節能計算，該項目綜合能耗為4974.51tce（當量值），單位面積綜合能耗按下式計算：

4.2 荷蘭傳統玻璃溫室能耗水平

荷蘭傳統玻璃溫室用能主要為高壓鈉燈補光系統、制冷系統以及加熱系統，單位面積綜合能耗為59.17kgce∕m2（當量值）。

4.3 與荷蘭傳統玻璃溫室能耗水平對比

相比較而言，該項目較荷蘭傳統溫室更為節能。荷蘭半封閉溫室較傳統玻璃溫室節能高產的原因在于荷蘭半封閉溫室具有高可控性、高均勻性、低通風率以及正壓節能高效的特點，提高作物產量。另外，該項目結合實際情況和作物生長特點，還采取了如下節能措施：（1）補光系統更為節能。荷蘭傳統玻璃溫室大面積使用補光系統，為高壓鈉燈系統；本項目僅3#溫室采用補光系統，使用范圍小，且為更加節能的LED 系統，時長較短。（2）制冷系統更為節能。針對葉菜類的育苗溫室和生菜溫室，制冷系統采用JSK 新型節能制冷系統，節能效率高。考慮到氣候條件不一致，上海地區在夏季、晚春和初秋，溫室內的夜間溫度需要通過機械冷卻來降低，白天不使用制冷系統。

5 結論與建議

通過對上海崇明地區半封閉溫室的節能分析，該項目從溫室建筑圍護、內保溫系統、集中制冷供暖系統、環控系統及水肥一體化、LED 補光系統等方面，采取一系列節能技術措施，能效水平較為先進。

溫室能耗高低與運行管理水平密切相關，關鍵是溫室采取合理的保溫措施，建議選擇高能效設備。同時，加強節能管理，健全節能管理制度，完善節能管理措施，并落到實處。