種植大棚太陽(yáng)能采暖設(shè)計(jì)應(yīng)用探索

珠海興業(yè)新能源科技有限公司/董漢軍

　　摘要：太陽(yáng)輻射能作為一種可再生能源，以其儲(chǔ)量豐富且無(wú)污染性顯示了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì);我國(guó)大部分地區(qū)位于北緯45度以南，具有豐富的太陽(yáng)能資源，在高效農(nóng)科園種植技術(shù)與綠色生態(tài)發(fā)展于一體的創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程中，尤其是在寒溫帶地區(qū)高原氣候，冬季長(zhǎng)，環(huán)境氣溫低，熱源匱乏的問(wèn)題一直困擾農(nóng)科園建設(shè)前進(jìn)的步伐，基于開(kāi)發(fā)新能源和利用太陽(yáng)能采暖應(yīng)用技術(shù)，很好地解決了多種熱源恒溫的技術(shù)問(wèn)題，建設(shè)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)，充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念。本文針對(duì)四川甘孜州打造川藏高原生態(tài)特色農(nóng)產(chǎn)品基地，置入多種太陽(yáng)能供熱采暖實(shí)施技術(shù)，滿足項(xiàng)目的運(yùn)行使用要求。下面重點(diǎn)探討四川甘孜農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚、利用太陽(yáng)能供熱采暖和生物能鍋爐互補(bǔ)設(shè)計(jì)的應(yīng)用與研究，對(duì)種植大棚溫室使用太陽(yáng)能供熱采暖設(shè)計(jì)，具有一定的指導(dǎo)意義。

　　1前言

　　當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展已進(jìn)入了全新的歷史時(shí)期。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式逐步由傳統(tǒng)型向現(xiàn)代集約型方向過(guò)渡，作為現(xiàn)代集約型農(nóng)業(yè)示范窗口的農(nóng)業(yè)科技園區(qū)應(yīng)運(yùn)而生，并呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢(shì)頭。

　　特別是太陽(yáng)能光熱在農(nóng)業(yè)種植大棚科技利用與實(shí)踐項(xiàng)目，是觀光農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，是集太陽(yáng)能供熱采暖、農(nóng)業(yè)觀光、農(nóng)業(yè)作物、農(nóng)業(yè)技術(shù)、園林景觀及農(nóng)業(yè)文化發(fā)展于一體的創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。項(xiàng)目的實(shí)施建設(shè)將推動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，生態(tài)農(nóng)業(yè)種植大棚和太陽(yáng)能供熱采暖的雙向受益，形成生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，是推廣使用太陽(yáng)能供熱采暖的關(guān)鍵和發(fā)展方向。各地都在遵循“積極穩(wěn)妥、因地制宜、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的綠色生態(tài)工作原則，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)與建筑相結(jié)合；隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，特別是太陽(yáng)能的利用技術(shù)快速發(fā)展，對(duì)生態(tài)能源、綠色農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)資源的需求將更加迫切。

　　2工程概況

　　2.1項(xiàng)目地理位置

　　甘孜藏族自治州，位于四川省最西部，青藏高原東南邊緣，是我國(guó)云貴高原和四川盆地之間的過(guò)渡地帶，海拔2800米以上，由西北向東南傾斜、全區(qū)高原遼闊，山脈綿延，峽谷深邃，構(gòu)成復(fù)雜的地貌景觀；氣候?qū)俑咴瓉啘貛啙駶?rùn)季風(fēng)氣候，復(fù)雜多樣，地域差異顯著，氣溫低，冬季長(zhǎng)，無(wú)霜期短，氣溫隨地勢(shì)呈明顯的垂直分布：年均氣溫10℃~21℃；無(wú)霜期180天以上；降水較少，旱雨季分明；光照強(qiáng)度大，太陽(yáng)能輻照量6168.5MJ/m2·a，平均年日照在2000~2600小時(shí)之間、平均每天日照在6.5小時(shí)以上，屬于太陽(yáng)資源非常豐富的地區(qū)。

　　當(dāng)?shù)爻顺霎a(chǎn)有色金屬礦產(chǎn)以外，名貴中藥材有天麻、蟲(chóng)草、藏紅花、蟲(chóng)草菌、貝母、當(dāng)歸、黃芪等，均是高附加值的經(jīng)濟(jì)作物。甘孜農(nóng)科園D3種植大棚氣候環(huán)境如圖1所示。中藥村苗圃如圖2所示。

　　甘孜農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚（是基地6個(gè)種植大棚其中之一），窄長(zhǎng)型，面南背北建設(shè)，建筑占地面積980m2，磚混整體墻圍護(hù)建筑，鋼結(jié)構(gòu)支架梁。是代表性的“川藏高原生態(tài)特色農(nóng)產(chǎn)品基地”，主要培育和種植道地中藏藥材，高山靈芝，鐵皮石斛，冬蟲(chóng)夏草菌，生態(tài)食用菌，綠色蔬菜瓜果等，高附加值的農(nóng)作物和藥材。甘孜農(nóng)科園D3種植大棚地質(zhì)如圖3所示。

　　2.2歷史、現(xiàn)狀及實(shí)施目的

　　甘孜農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚，東西方向是高山，山頂常年有7個(gè)月的積雪，晝夜溫差大，天氣寒冷，農(nóng)作物不能正常生長(zhǎng)；溫室種植大棚的建設(shè)，利用當(dāng)?shù)夭厮幉牡纳L(zhǎng)習(xí)性，地理環(huán)境和豐富的太陽(yáng)能資源，主要是解決好溫室種植大棚恒溫的技術(shù)問(wèn)題，成規(guī)?；N植高附加值的農(nóng)作物，產(chǎn)出比例豐厚，增加經(jīng)濟(jì)收入。農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚技術(shù)策略如圖4所示。

　　2.3主要技術(shù)措施

　　基于甘孜農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚的地理?xiàng)l件，及農(nóng)科部門(mén)的技術(shù)要求，經(jīng)過(guò)對(duì)項(xiàng)目的地理環(huán)境勘測(cè)，技術(shù)評(píng)估和論證，利用項(xiàng)目地區(qū)太陽(yáng)能年平均輻照6.5小時(shí)豐富的自然資源，在熱源恒溫技術(shù)措施方面，優(yōu)先考慮使用太陽(yáng)能，具有節(jié)能環(huán)保的突出優(yōu)點(diǎn)，另外采用生物質(zhì)能鍋爐輔助。建設(shè)的種植大棚采用多種技術(shù)措施集熱，最大限度地采集太陽(yáng)能的熱源進(jìn)行儲(chǔ)存，滿足種植大棚的恒溫采暖要求。

　　2.4太陽(yáng)能采暖主要指標(biāo)

　　2.4.1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)具有集熱、儲(chǔ)熱和放熱功能，白天吸收太陽(yáng)的熱能，晚上釋放熱能滿足種植大棚的恒溫要求；如遇極端冷凍天氣，使用排空防凍或者循環(huán)防凍，確保設(shè)備安全；冷水脫鈣與軟化處理，項(xiàng)目地點(diǎn)為典型的卡斯特地貌區(qū)，水資源含礦物質(zhì)及鈣質(zhì)均大于360mg/L，在冷水入口需要安裝軟化處理儀，避免太陽(yáng)能集熱器內(nèi)部結(jié)垢；系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，其運(yùn)行數(shù)據(jù)可以依據(jù)種植大棚的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)定。甘孜農(nóng)科園D3種植大棚實(shí)景如圖5所示。

　　2.4.5種植大棚熱濕環(huán)境調(diào)整系統(tǒng)

　　根據(jù)WBGT指數(shù)調(diào)整熱濕環(huán)境的模式，通過(guò)進(jìn)出風(fēng)口的調(diào)節(jié)，熱源輸入量的大小調(diào)節(jié)，相對(duì)濕度35~55%。達(dá)到滿足種植大棚熱濕環(huán)境的要求。

　　3太陽(yáng)能采暖的設(shè)計(jì)與技術(shù)

　　3.1圍護(hù)建筑的結(jié)構(gòu)組成

　　建設(shè)在高原寒溫帶的溫室種植大棚，利用太陽(yáng)能采暖的技術(shù)要求，主要是解決好圍護(hù)建筑、墻體保溫、棚內(nèi)保溫，減少熱源損失及熱源的采集和儲(chǔ)存技術(shù)。

　　溫室種植大棚采用磚混結(jié)構(gòu)支撐墻體、依據(jù)《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行保溫墻體施工，平均傳熱系數(shù)為1.2W（m2·K）；

　　雙層中空l(shuí)ow-e 玻璃及太陽(yáng)能空氣吸熱器的錨固和安裝（斜面12米跨度），鋼梁支架采用Q345E方通□80×80×δ3材料，用幕墻玻璃膠S750耐候膠密封，按照玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。

　　3.2太陽(yáng)能制熱采暖利用技術(shù)的實(shí)施

　　種植大棚的室內(nèi)恒溫?zé)嵩?，由太?yáng)能采暖系統(tǒng)提供40%，雙層中空玻璃項(xiàng)目和太陽(yáng)能空氣吸熱器系統(tǒng)，分別提供45%和15%。白天系統(tǒng)吸收太陽(yáng)的熱能并將其儲(chǔ)存和直接釋放，晚上主要是通過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管和地?zé)岜P(pán)管釋放儲(chǔ)存水箱的熱源，滿足溫室種植大棚的熱量需要；系統(tǒng)設(shè)計(jì)平均日制熱量為1660MJ/d，供熱方法、供熱時(shí)間、供熱溫度可以按照需求任意設(shè)置，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。如遇連續(xù)陰雨天氣或者冬天極端低溫天氣，如果太陽(yáng)輻射能不足，其熱源不足的部分由生物質(zhì)鍋爐提供補(bǔ)償。采暖系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖9所示。

　　雙層中空l(shuí)ow-e玻璃的安裝，本項(xiàng)目采用明裝工藝進(jìn)行的施工，使用金屬壓碼固定和錨固，充填工藝縫，再用幕墻專(zhuān)用膠S750耐候膠密封，嚴(yán)格按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鋪設(shè)、安裝、施工、驗(yàn)收。

　　4項(xiàng)目運(yùn)行概況

　　4.1太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

　　甘孜農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚太陽(yáng)能采暖綜合系統(tǒng)實(shí)施項(xiàng)目，使用多個(gè)采暖單元技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目建設(shè)竣工運(yùn)行使用后，通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)劃方案數(shù)據(jù)參考及后期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集和驗(yàn)證對(duì)比，其主要的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

　　4.3太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)工況

　　建成后的四川甘孜川藏高原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技園D3種植大棚供熱和采暖系統(tǒng)，由于參與了該項(xiàng)目前期階段的同步論證、同步規(guī)劃，施工圖設(shè)計(jì)等工作，非常熟悉和了解對(duì)后期的施工建設(shè)與管理有先導(dǎo)和促進(jìn)作用；本項(xiàng)目供熱和采暖主要有三種形式，即太陽(yáng)熱輻射、熱風(fēng)系統(tǒng)和熱水供熱采暖系統(tǒng)；育苗種植土壤使用盤(pán)管管道作為散熱面，向種植土壤或者室內(nèi)提供熱量。

　　系統(tǒng)依據(jù)育苗品種不同，生長(zhǎng)期不同，在不同的季節(jié)，單位平方米輸入熱量也不同，種植土壤一般以8W~26W/（m2·K）輸入，室內(nèi)一般以25W~65W/（m2·K）輸入，相對(duì)濕度保持在40%~75%，并且由當(dāng)?shù)貙?zhuān)業(yè)農(nóng)技師，提供的農(nóng)作物培育數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和控制。

　　D3種植大棚太陽(yáng)能采暖項(xiàng)目，2013年上半年建設(shè)完成，目前已經(jīng)運(yùn)行和使用兩個(gè)冬季，歷時(shí)兩年半，其中出現(xiàn)兩次故障影響運(yùn)行使用外，（第一次是業(yè)主方錯(cuò)誤設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，導(dǎo)致指令信號(hào)重疊不工作；第二次是信號(hào)采集短路故障），其它均能按需供應(yīng)熱源，正常運(yùn)行。

　　本項(xiàng)目對(duì)多種太陽(yáng)能供熱采暖系統(tǒng)進(jìn)行了比較分析、研究對(duì)比，雖然維持指定室溫的供熱系統(tǒng)所需能耗不一樣，但散熱方式的差異使得采用熱水供熱系統(tǒng)與熱風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，整個(gè)溫室的溫度場(chǎng)更加均勻，相對(duì)于熱源，熱風(fēng)系統(tǒng)能在更大程度上影響室內(nèi)濕度的變化，因此，在溫室多種供熱設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)不同作物類(lèi)型以及室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)要求等因素，在多種供熱方式中加以選擇。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　本文綜述了多能源互補(bǔ)采暖技術(shù)，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技種植園的綠色環(huán)保項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)模塊化整合，使用多種措施利用太陽(yáng)輻射熱能為熱源進(jìn)行采暖，推廣太陽(yáng)能利用技術(shù)，對(duì)太陽(yáng)能供熱采暖實(shí)施的發(fā)展前景，進(jìn)行了探討和展望。

　　結(jié)合工程實(shí)例應(yīng)該注意太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)綜合整合工作，尤其是邊遠(yuǎn)山區(qū)，交通不方便的建設(shè)項(xiàng)目，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)施，需要整合資源，因地制宜，其目的是節(jié)約運(yùn)作成本。

　　對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行客觀評(píng)估，特別是高投入、高產(chǎn)出、高收益的建筑項(xiàng)目，良好的技術(shù)措施是建設(shè)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目的基礎(chǔ)。邊遠(yuǎn)地區(qū)的太陽(yáng)能利用建設(shè)項(xiàng)目，風(fēng)險(xiǎn)大困難多，需要有硬性的技術(shù)實(shí)力、公司實(shí)力和資金流，市場(chǎng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)作為支撐和后盾。