上海崇明地區(qū)半封閉溫室的節(jié)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(jié)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(jié)能設計。

2 溫室建筑節(jié)能分析

2.1 采用透光性玻璃及封閉橡膠節(jié)能

由于溫室類工程的特殊性，國內目前并沒有相應的節(jié)能規(guī)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(jié)省能源。

2.2 內保溫系統(tǒng)

溫室采用內保溫系統(tǒng)，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(tǒng)，該系統(tǒng)以水平方向懸吊在溫室的桁架上，貫穿整個大棚區(qū)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(jié)能大約70%。

2.3 遮陽系統(tǒng)

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(huán)境對植物的生長不利，需要設計、配備遮陽系統(tǒng)。溫室上下層內簾幕系統(tǒng)采用性能強、節(jié)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(huán)境穩(wěn)定，節(jié)約能源。

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

3 設備專業(yè)節(jié)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(huán)控系統(tǒng)以及水肥一體化系統(tǒng)，實現作物生長氣候的智能化精準控制。此外，為了調節(jié)控制溫室氣候，需設置集中式供冷供熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)是溫室耗能的主要系統(tǒng)，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(tǒng)，促進植物生長。

3.1 環(huán)控系統(tǒng)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(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、作物生長控制系統(tǒng)有機聯合，實現對溫度、濕度、光照、澆水、施肥、作物生長環(huán)境全自動控制。該溫室環(huán)控系統(tǒng)選用目前世界最先進的溫室計算機控制系統(tǒng)，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(huán)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(tǒng)配置施肥機、過濾器、儲肥罐、消毒機、水泵及電動閥、滴灌系統(tǒng)等。灌溉水源是回收雨水，計算機精準灌溉施肥，營養(yǎng)液余液回收利用，實現零排放。

3.2 集中式制冷供暖系統(tǒng)

荷蘭半封閉溫室一般采用地源熱泵系統(tǒng)，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(tǒng)，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(qū)，地源熱泵系統(tǒng)安裝條件不成熟。考慮到溫室面積較大，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)相比，集中式供冷供熱系統(tǒng)更為節(jié)能高效。該溫室設置集中冷熱源系統(tǒng)，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(tǒng)投資較小，運行費用低，節(jié)約能耗；同時，考慮設置儲熱和儲冷罐，用以錯峰調節(jié)，使設備運行在合理狀態(tài)，有利于節(jié)能。

3.2.1 制冷系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(qū)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(qū)根據種植產品特點采用不同的降溫系統(tǒng)，其中育苗溫室和生菜溫室采用JSK制冷系統(tǒng)；番茄甜椒區(qū)綜合采用半封閉溫室混壓室濕簾風機和機械降溫系統(tǒng)。

JSK制冷系統(tǒng)是一個獨立的新型制冷系統(tǒng)，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(jié)約能源的作用。

番茄甜椒區(qū)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(tǒng)，節(jié)約用能。JSK 系統(tǒng)廣泛應用于葉菜生產溫室，全部由氣候計算機監(jiān)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(tǒng)

加熱系統(tǒng)是溫室實現優(yōu)質高產非常重要的條件。先進的加溫系統(tǒng)不僅與通風系統(tǒng)相結合可為溫室內作物生產創(chuàng)造適宜的溫度和濕度條件，形成良好的小氣候生態(tài)條件，而且可以節(jié)約能源并可提高勞動生產率。目前，國內溫室加熱系統(tǒng)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(jié)、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(tǒng)，通過系統(tǒng)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(huán)泵的開閉，自動調節(jié)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(jié)約電能，該項目利用先進的儲能技術，節(jié)省運行費用，為實現現代農業(yè)能源利用的可持續(xù)性發(fā)展提供了一條途徑。

3.3 LED補光照明系統(tǒng)

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(fā)育目的。LED光源的主要優(yōu)點有：①發(fā)光效率高，單色性好；②綠色環(huán)保方面，對環(huán)境污染；③節(jié)能省電，相當于高壓鈉燈節(jié)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(tǒng)，LED 植物照明燈具比較節(jié)能、功率小、效率高。

4 節(jié)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)玻璃溫室能耗水平

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

4.3 與荷蘭傳統(tǒng)玻璃溫室能耗水平對比

相比較而言，該項目較荷蘭傳統(tǒng)溫室更為節(jié)能。荷蘭半封閉溫室較傳統(tǒng)玻璃溫室節(jié)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(jié)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(jié)能措施：（1）補光系統(tǒng)更為節(jié)能。荷蘭傳統(tǒng)玻璃溫室大面積使用補光系統(tǒng)，為高壓鈉燈系統(tǒng)；本項目僅3#溫室采用補光系統(tǒng)，使用范圍小，且為更加節(jié)能的LED 系統(tǒng)，時長較短。（2）制冷系統(tǒng)更為節(jié)能。針對葉菜類的育苗溫室和生菜溫室，制冷系統(tǒng)采用JSK 新型節(jié)能制冷系統(tǒng)，節(jié)能效率高。考慮到氣候條件不一致，上海地區(qū)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(tǒng)。

5 結論與建議

通過對上海崇明地區(qū)半封閉溫室的節(jié)能分析，該項目從溫室建筑圍護、內保溫系統(tǒng)、集中制冷供暖系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)及水肥一體化、LED 補光系統(tǒng)等方面，采取一系列節(jié)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(jié)能管理，健全節(jié)能管理制度，完善節(jié)能管理措施，并落到實處。