戈壁農業中半封閉玻璃溫室的硬件配置
——以海升集團在張掖地區智能玻璃溫室為例

宋秋雨（海升集團，陜西張掖 710021 ）

甘肅省張掖市坐落于甘肅省河西走廊中段，擁有大面積的沙化地、戈壁灘、鹽堿地、旱砂地、荒山坡地等非耕地資源，大部分還未被開發利用。所以開發利用戈壁這樣的非耕地資源，采用可循環利用水資源的灌溉技術，實現農業生產和生態良性循環發展的“戈壁農業”符合西部干旱地區現代農業發展的方向。文章對戈壁地區智能玻璃溫室的硬件配置進行梳理總結，以饗讀者。

張掖地區玻璃溫室概況

戈壁地區光照資源豐富，光照時間長、強度大。晝夜溫差大，空氣濕度低，利于溫室環境調控及作物生長。但張掖地區冬季氣溫低，高昂的能源費用是溫室運營需要面對的主要挑戰。溫室在戈壁地區的發展需要更加專注于可持續發展，盡可能利用清潔能源、再生能源或廢棄能源，降低運營成本。海升集團聯合荷蘭溫室建造商，建造了大規模現代化智能玻璃溫室。截止目前已建成43 hm2的智能半封閉玻璃溫室（圖1）。目前該現代農業產業園每年可產出櫻桃串收番茄8000 t，優質蔬菜2500 t。建設的育苗溫室，每年為農戶提供優質蔬菜種苗500 萬株，帶動種植基地6613333 m2，3000 余戶農戶從事蔬菜種植，共可帶動農戶增收14000 萬元，戶純收入達4 萬元/年。

圖1 張掖一期項目效果圖

溫室結構

溫室鋼結構

張掖歷年平均風速為2.2 m/s，平均最大風速為14.5 m/s。在荷載安全計算后，溫室項目采用了雙坡小屋面文絡型玻璃溫室，跨度9 m，開間5 m，肩高7 m。其結構特點是，構件截面小、安裝簡單、使用壽命長、便于維護。溫室的結構材料、鋼柱及側墻檁條等均采用熱浸鍍鋅輕鋼結構加白色噴涂(油漆)，屋面托架采用桁架結構，溫室內基礎采用鋼筋混凝土獨立基礎，四周側墻基礎采用鋼筋混凝土圈梁聯結。另外，溫室頂部采用高散射鋼化玻璃，透光率高，屋面角度設計為22°，陽光入射量多，同時可以縮小溫室屋面構件尺寸，采用小截面鋁合金型材，大大減少了承重構件的遮光（圖2）。

圖2 張掖項目屋面系統

鋁合金天溝

張掖項目應用了荷蘭溫室建造商專利設計的中空鋁合金天溝，其優點是：①連接及密封性好，杜絕了天溝的雨水滲漏現象；②解決了天溝的“冷橋”問題，提高了溫室保溫性能，節約能源；③結露天溝和雨水天溝合二為一，寬度約為普通天溝的1/2，提高溫室采光面積；④鋁合金密度較輕，溫室本身的負載相對較低；⑤屋面鋁合金玻璃安裝條與天溝的連接采用“卡接”方式，定位準，施工方便。玻璃溫室的密封全部采用抗老化材料，天溝與屋面的四周墻外側的密封采用橡膠和PVC材料密封件，全部為參照歐洲標準的環保耐老化密封件，保證20 年使用期。溫室通風系統為連續開窗，采用進口桁架軌道開窗系統，材料及系統質量水準高。

環境控制系統

半封閉系統

本項目選擇采用荷蘭整體設計的半封閉溫室，配置混合間（圖3）。混合間中配置有調節窗、濕簾、風機、換熱器等（圖4）。其特點是溫室內部采用正壓送風系統，溫度可達到精準控制，均一性高。同時溫室頂開窗數量較傳統玻璃溫室少很多，能量及CO2利用率高，生防植保壓力小。該技術在張掖地區應用，可更有效地利用當地干燥的外部氣候和光照資源，實現夏季降溫及冬季保溫，提高產量，確保產品穩定優質。

圖3 半封閉系統示意圖

圖4 半封閉混合間

幕布系統

張掖海拔高度1700 m，年平均氣溫7.0℃，極端最高氣溫為39.8℃，極端最低氣溫為-29.8℃，全年總輻射量為143.76 kcal/cm2，日照時數為2993 h。項目使用頂部雙層幕布，采用具有高透光率、阻燃和抗冷凝性能的內保溫幕和開孔型聚酯材料的內遮陰幕，最大限度地利用自然光能，并保證溫室需要的空氣循環流通。采用電機傳動的鋼索系統，運行平穩，開閉緊湊。

降溫系統

夏季高溫不利于作物生長，本項目中采用的降溫系統，將濕簾風機和循環風機相結合，集降溫、除濕、空氣循環等多種功能為一體，通過中央控制系統的智能控制技術，對溫室氣候進行精確、靈活、有效的調控。傳統的濕簾風機系統存在溫濕度不均一、送風距離短、不利于真菌病害防控等局限，而緩沖間系統將通過濕簾送入的濕冷空氣與溫室內的干熱空氣充分混合，再通過風機風筒送入溫室中，并在溫濕度傳感器的監測和中央控制系統的控制下將溫室內的溫濕度控制到設定范圍，既有效降低了送風溫濕度的不均一性，又控制了真菌病害的發生。

加溫系統

張掖溫室加溫系統使用地面、作物、屋頂三層立體式加溫，同時在栽培槽下風筒送風前配置了熱交換器。溫室升溫能源采用油氣兩用型鍋爐燃燒（圖5）。使用天然氣等清潔能源作為主要燃料，柴油作為備用燃料，采用油氣兩用式燃燒器，將水溫從低溫加熱至90℃后供應溫室需求，熱水供溫室加熱后返回鍋爐再次升溫，進行循環利用。溫室內部地面安裝加熱軌道，供熱的同時作為采收車等作業裝置的運行軌道，有效提高設備利用率（圖6）。溫室天溝下方安裝融雪加熱管道，在冬天屋面積雪時及時將雪融化，同時通過天溝將雪水及時排出，減少屋面載荷。

圖5 鍋爐

圖6 升溫系統

水肥一體化系統

張掖溫室采用水肥一體化自動灌溉系統，灌溉方式采用懸掛吊架滴灌系統（圖7）。由于使用基質無土栽培模式，可以對基質排出的營養液進行回收利用。施肥機利用肥料濃度精確控制技術，將不同配方的肥料母液與除雜、調酸后的清水，通過雙重EC、pH 檢測器的檢測后，對溫室內進行在線灌溉，保證了配肥的高效性、水肥的均一性和生產的安全性。水流量可以被及時檢測確保實現精確灌溉。由基質排出的營養液經回收后，由砂濾系統除去植物碎屑、基質和部分微生物，再經過中壓紫外線消毒機進行消毒，清潔的營養液經收集后匯入施肥機的配肥通道進行二次利用。

圖7 吊架滴灌系統

中央控制系統

所有的設備都連接到溫室中央控制系統，為節約連接到中央設備的線纜，溫室各分區設立了獨立的子站機構，不同的設備就近連接到分區系統設備上，從而避免了出現過長的連接線纜。子站間的通信過程在同一個網絡內實現，這樣可以保證檢測和控制子站間通信過程的高效性和準確性。該系統可以方便地整合現有自動化設備，同時有利于后期添加和更新，保證整個系統的穩定運行。

總結

非耕地發展設施農業是實現當地增收的途徑之一。近年來，在中國現代農業的需求及政策帶動下，智能玻璃溫室行業呈現出了前所未有發展勢頭，建設面積逐年增長，因此在非耕地上建設智能玻璃溫室具有一定的發展前景。目前國內智能溫室行業仍需依賴荷蘭等歐洲國家進行總體設計及系統集成，但國內新建的智能玻璃溫室也在逐步實現國產化，目前骨架材料，覆蓋材料，管道材料都實現了全面國產化，主要的工藝設備及控制系統將作為今后的重點發展項目。隨著國內技術能力的發展，智能玻璃溫室的國產化程度將進一步提升，逐步降低種植者的投資成本。