介紹新型太陽能大棚節(jié)能保暖系統(tǒng)

文/劉長寶

　　我國北方無霜期短，冬季寒冷又漫長，極大地制約了我國北方農(nóng)業(yè)的發(fā)展。為了在冬季繼續(xù)生產(chǎn)，部分農(nóng)民搭建了可以越冬的大棚，也稱日光溫室或暖棚。目前暖棚大致有兩種，一種是燃煤型的，多為直接燃燒或者暖氣供暖，成本很高，產(chǎn)品售價也高，競爭力差，居民只在春節(jié)時少量消費，銷量不大；另一種是傳統(tǒng)的太陽能暖棚，普遍都存在以下問題，造價高，每畝一般在15萬到30萬元；使用成本高，多以水泵作為循環(huán)動力，24小時開泵運行，非常費電；抗風(fēng)險能力差，并且一旦停電，高耗電暖棚的保暖功能立刻喪失，容易產(chǎn)生凍害，以上種種問題，造成我國北方冬季暖棚很少投入使用，正在使用的暖棚都是靠北的位置立一道較厚的土墻用作擋風(fēng)，加上草簾，夜間氣溫在2~5℃左右，只能種植油菜、蘿卜等低檔蔬菜，農(nóng)民收入不高，導(dǎo)致大量土地基本閑置，農(nóng)民冬閑或外出打工。

　　受此影響，北方城市居民冬季食用蔬菜以冬儲蔬菜為主，此類蔬菜營養(yǎng)成分較差，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的食用新鮮蔬菜的要求。市場上流通的外地菜，由于長途運輸?shù)仍騼r格偏高。另外，冬季北方的養(yǎng)殖業(yè)受寒冷氣候影響，牲畜在冬季不長膘甚至掉膘，致使農(nóng)戶面臨經(jīng)濟損失。所以，建設(shè)一種有保暖功能而且節(jié)能而且造價低的暖棚，并且是農(nóng)民既建得起、又用得起的暖棚，成為企業(yè)亟待解決的問題，本項目為此設(shè)計，它可以填補市場空白，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　1項目技術(shù)及優(yōu)越性能簡介

　　項目采用最新大棚節(jié)能保暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)于2015年4月1日獲得國家專利局實用新型專利授權(quán)（見圖1）。它主要包括蓄熱裝置、太陽能集熱器、土壤加熱裝置、散熱裝置等，通過科學(xué)、合理地排工作流程，盡量利用自然規(guī)律，自動完成集熱和散熱循環(huán)。對于必要用電環(huán)節(jié)，做到了用電時間短、使用設(shè)備少。本系統(tǒng)唯一用電環(huán)節(jié)，在于清晨將散熱水箱的水泵入蓄熱水箱。以每畝1棚的標(biāo)準(zhǔn)為例，用1臺0.75千瓦水泵工作1小時即可，耗電僅相當(dāng)于普通傳統(tǒng)太陽能保暖大棚的5%。由于對電力依賴少，即使停電，也可使用備用發(fā)電機帶動水泵工作，抗風(fēng)險能力強。該系統(tǒng)性能優(yōu)良，可以克服傳統(tǒng)保暖大棚造價高以及保暖成本高的弊端。另外，該系統(tǒng)不但冬天保暖，而且夏天對于大棚內(nèi)的植物也有降溫作用，產(chǎn)生的熱水也可供給化工、紡織、餐飲、賓館等行業(yè)，一年四季皆可使用，屬于優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)設(shè)施項目，我國南北方均適用，性價比極高。

　　2項目投資概算及主要建設(shè)內(nèi)容（見圖2）

　　本項目主要建設(shè)內(nèi)容與普通大棚相比，需額外投資部分主要是（以蓄熱水重20 噸為例）：（1）建造20 個保溫儲水裝置，每個容量2噸，大棚頂部串聯(lián)10個水箱，合計20噸；大棚地下串聯(lián)10個水箱，合計20噸用于接收頂部水箱的水。上水箱與下水箱合成一個供熱單元，所有供熱單元串聯(lián)成為大的單元，棚內(nèi)可根據(jù)溫度需要增減、開閉供熱單元，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r靈活調(diào)整。水箱材質(zhì)可以用塑料桶外加鋼筋固定架，防止塑料受熱變形，外加保溫層，或用其他性價比更高的材質(zhì)。高位水箱用角鋼搭配支架固定。

　?。?）每畝數(shù)量1300根左右的太陽能真空管，來連接到頂部的蓄熱裝置，可根據(jù)當(dāng)?shù)厝照招Ч鰷p。如果真空管采光不夠?qū)е滤錅囟冗_(dá)不到要求溫度的話（一般50℃即可），可以把大棚建設(shè)成為陰陽棚，陽棚種植喜光的蔬菜，陰棚種植不喜光的蔬菜（蘑菇等）或養(yǎng)殖一些不喜光又耐寒的動物（長毛兔等），陰棚的上方再增加太陽能真空管即可使水箱達(dá)到要求的溫度。陰棚的蘑菇或者兔子呼出的二氧化碳可為陽棚的蔬菜利用，可代替化肥使用，動物的糞便也可作為肥料使用。混養(yǎng)或者混種已經(jīng)有很多成功先例，是性價比很高的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

　?。?）0.75千瓦水泵1臺，揚程3米，最好三相電。

　?。?）連接管件、閥門若干。

　?。?）大棚保溫棉簾。

　　具體概算還受當(dāng)?shù)亟ú膬r格影響。但整體造價并不高，預(yù)計在普通大棚成本的基礎(chǔ)上，再增加4萬左右。預(yù)計產(chǎn)品壽命在15年，建設(shè)投資5年即可全部回收。

　　3大棚節(jié)能保暖系統(tǒng)的簡要說明

　　3.1 實施方式1：利用重力進行散熱循環(huán)

　　安裝連接設(shè)備：將蓄熱裝置1 與太陽能集熱器2連接，土壤中安放土壤加熱裝置3，散熱裝置4埋于地下，連接蓄熱閥門5、散熱閥門6、水泵閥門7、水泵8，如圖3所示。

　　日間集熱循環(huán)：太陽能集熱器2對蓄熱裝置1的水循環(huán)加熱，保溫待用。此時蓄熱閥門5、水泵閥門7關(guān)閉。

夜間散熱循環(huán)：入夜蓄熱閥門5、散熱閥門6開啟，蓄熱裝置1的水在重力的作用下，自動經(jīng)土壤加熱裝置3 進入散熱裝置4。調(diào)節(jié)蓄熱閥門5流量為一夜間恰好放完蓄熱裝置1 存水為宜，也可將其設(shè)置為隨溫度變化而自動調(diào)節(jié)流量。

　　初始狀態(tài)重置：清晨，將蓄熱閥門5關(guān)閉，水泵閥門7打開，啟動水泵上水，上水完畢后水泵閥門7關(guān)閉，重新開始新的循環(huán)。24小時工作時間內(nèi)，只有此環(huán)節(jié)用電。

　　3.2實施方式2：利用熱水輕于冷水進行散熱循環(huán)

　　安裝連接設(shè)備：將蓄熱裝置1 與太陽能集熱器2連接，土壤中安放土壤加熱裝置3，散熱裝置4埋于地下，連接蓄熱閥門5、散熱閥門6、水泵閥門7、水泵8，如圖3所示。

　　日間集熱循環(huán)：太陽能集熱器2 對蓄熱裝置1的水循環(huán)加熱，保溫待用。此時蓄熱閥門5、水泵閥門7 關(guān)閉。

夜間散熱循環(huán)：入夜水泵閥門7 開啟，將蓄熱裝置1 熱水快速導(dǎo)入散熱裝置4，散熱閥門6開啟，由于熱水輕于冷水，散熱裝置4 的熱水會自動進入土壤加熱裝置3，冷水則由原路下行，如此不斷重復(fù)，自動完成散熱循環(huán)。調(diào)節(jié)散熱閥門6流量使散熱裝置4 的熱量在一夜間散發(fā)完為宜，也可將其設(shè)置為隨溫度變化而自動調(diào)節(jié)流量。

　　初始狀態(tài)重置：清晨，將水泵閥門7打開，啟動水泵上水，上水完畢后水泵閥門7 關(guān)閉，重新開始新的循環(huán)。24小時工作時間內(nèi)，只有此環(huán)節(jié)用電。

　　本實用新型專利技術(shù)還有其他實施方式，亦可將以上列舉的兩種方式混合使用，以上列舉的兩種方式僅是對本實用新型專利技術(shù)進行的優(yōu)化描述，并非對本實用新型范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計理念的前提下，任何各種變形和改進，均應(yīng)符合本實用新型專利技術(shù)的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。

　　4目標(biāo)客戶及效益分析

　　4.1目標(biāo)客戶

　　單一農(nóng)戶：單體規(guī)模小，但數(shù)量龐大，布局靈活，可以在荒山、邊角地域建棚。

　　大規(guī)模農(nóng)業(yè)集團：一般處在城市或者交通要道周邊，成片建棚，規(guī)模生產(chǎn)。

　　4.2效益結(jié)構(gòu)

　　建造效益：公司可以接受客戶的承建要求，直接建在客戶的土地上，收取建造、維護、翻新、升級等費用。

自建使用效益：主要來自食品的錯季效益，該效益來自居民強勁的健康飲食需求，也來自本專利帶來的節(jié)能效益。由于本項目采用的是節(jié)能技術(shù)，所以蔬菜種植成本增加量不大。價格適中，產(chǎn)品競爭力強，相比那些使用高成本種植的蔬菜，使用本項目種植的蔬菜會有很大的利潤空間。由于節(jié)能符合國家政策，會受到國家的扶持和優(yōu)惠，也可享受到一定的補貼。農(nóng)產(chǎn)品直接銷往市場，獲取風(fēng)險性利潤。

　　出租效益：公司可以成片流轉(zhuǎn)土地，建成后出租給種植戶，收取租金，一般包銷路，收取管理費用。種植戶可在大棚內(nèi)打工，增加收入，還能收取流轉(zhuǎn)費，不承擔(dān)經(jīng)營風(fēng)險，是政府歡迎的模式。

　　舊棚改造效益：把節(jié)能保暖功能差的傳統(tǒng)舊棚，按要求改造，收取改造費用。

　　5市場前景

　　5.1市場容量大

　　我國長江以北有遼闊的土地，皆可適用本專利，而且南方由于冬季氣溫降低形成冰凍災(zāi)害的年份也在增多，部分地區(qū)也適用本專利。由于傳統(tǒng)暖棚建造和使用成本高，投資回收期長，根據(jù)張家口市農(nóng)業(yè)局調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國北方暖棚建設(shè)面積的國土覆蓋率（以下簡稱“暖棚密度”）僅為0.072%，南方數(shù)據(jù)不詳，應(yīng)該是更低，暫設(shè)0.01%，如果采用最新大棚節(jié)能保暖專利技術(shù)，能縮短農(nóng)戶的投資回收期，可將暖棚密度大幅度提高，設(shè)10 年后我國長江以北提高到1%，長江以南提高到0.2%，國土陸地面積930萬平方公里，農(nóng)村土地面積占全國領(lǐng)土總面積的57.59%，北方面積占全國領(lǐng)土總面積的63.5%，南方面積占全國領(lǐng)土總面積的36.5%，每棚售價7 萬，利潤率20%，每平方公里1500畝，每棚占地1 畝，實用新型專利保護期10 年，則10 年效益計算過程如下：

　　北方暖棚新增數(shù)量=中國陸地面積930 萬平方公里×農(nóng)村土地面積占全國領(lǐng)土總面積的57.59%×北方面積占比63.5%×暖棚密度增長（1%-0.072%）×1500 畝/ 平方公里×1 棚/ 畝=4734 萬棚北方建棚新增利潤= 新增4734 萬棚×每棚售價7萬×利潤率20%=6628 億南方暖棚新增數(shù)量=中國陸地面積930 萬平方公里×農(nóng)村土地面積占全國領(lǐng)土總面積的57.59%×南方占比36.5%×暖棚密度增長（0.2%-0.01%）×1500畝/平方公里×1棚/畝=557萬棚南方建棚新增利潤= 每棚售價7 萬×利潤率20%=780億

　　10年之后南北方新增利潤合計約7000 億，每年700億，即使我們的市場占有率在50%，效益也是十分可觀的。

　　5.2獲利模式多樣

　　投資機構(gòu)可以承建、自建出租、自建自用、舊棚改造等，獲利模式多樣。一旦在專利保護期占領(lǐng)市場，以后的維護、翻新、升級等也有巨大獲利空間，再加上建造成本不高，建棚的人會增多，大棚的密度會提高，投資公司的利潤也會更加豐厚、穩(wěn)定。

　　5.3飲食居民消費需求大

　　隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，城鄉(xiāng)居民人均可支配收入的明顯增加，一年四季都能吃上新鮮蔬菜和動物蛋白，成為時尚的飲食追求，飲食行業(yè)受經(jīng)濟波動影響最小，有巨大而穩(wěn)定的需求量，是大棚建設(shè)的原動力。