周口市光伏高效农业智能温室设计方案及效益分析

王霞

摘要 介绍周口市光伏高效农业智能温室设计理念、规模、技术方案，总结光伏智能温室种植技术规范，对其经济效益进行分析，以指导光伏高效农业智能温室的应用。

关键词 光伏高效农业；智能温室；设计方案；效益；河南周口

中图分类号 TP223 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）12-0200-02

2015年3月，周口市招商引资40亿元在高新技术开发区建设高效农业光伏智能温室，占地面积133.33 hm2，用于中高端瓜果、蔬菜、果树种植及鱼类养殖，发展绿色农业、立体农业、观光农业、休闲农业，促进农业生产高效。项目由河南豫农新能源发展有限公司投资，一期工程投资12亿元，正在施工。

1 项目设计理念

坚持科学实用的原则；坚持节水、节能、高效的原则；坚持温室结构用材以及设备选购可靠、先进、适用的原则；坚持世界领先的原则。根据建设要求，在各系统的关键部位上均选用进口或国内最优的产品[1]。

2 项目建设内容、规模

（1）光伏智能温室示范种植基地。建设光伏智能温室8 m×60 m，10连栋25栋，组装式光伏温室13.33 hm2示范基地。

（2）光伏智能温室高效农业种植基地。建设光伏智能温室单体果蔬大棚20 m×60 m，700栋，占地面积100 hm2。

（3）光伏生态温室观光、休闲、餐饮基地。建设光伏生态温室8 m×60 m，10连栋10栋，占地面积6.67 hm2。

（4）基地其他基础设施建设。建设办公区、计算机网络控制及软件研发区、电力配送管理区、农产品加工储存区、物流园区等，占地面积13.33 hm2。

（5）基地配套设施建设。露地喷灌系统建设16.67 hm2，棚内喷灌系统建设66.67 hm2、太阳能杀虫灯60台、滴灌设施10套。

3 项目主要设计技术方案

3.1 单体果蔬大棚

根据果蔬栽培需要和当地实际，本项目单体大棚设计选用GP-C622L型钢管塑料单体大棚，大棚规格为1 200 m2（20 m×60 m）。

（1）栽培果蔬种类。大棚主要栽培种类为：茄果类（草莓、冰菜、番茄、茄子、辣椒）、绿叶菜类（菠菜、生菜）、甘蓝类（花椰菜、芥兰）、果树类（秋桃、仙桃、矮化苹果、矮化金杏）、食用菌类、葱蒜类。

（2）主体结构强度。主要构件使用寿命：10年（热镀锌）

（3）结构。跨度20 m，肩高2.5 m，顶高6.0 m，总长60 m，拱间距0.75 m，拱杆插入土中0.4 m。

（4）主要配置。每一侧面设2道卡槽，每一山墙设3道卡槽，每一山墙拱顶设1道弧形卡槽，顶部设3道纵拉杆。二侧采用手动万向节卷膜长置，卷膜高度为80 cm。两侧压膜线固定装置均采用8#镀锌铁丝，并用螺旋桩固定。

棚端：设摇门二开，一端为双门，尺寸（宽×高）为1 800 mm×1 700 mm；另一端为单门，尺寸为900 mm×1 700 mm。

（5）钢材。管棚钢结构主要材料全部采用热浸镀锌工艺，使用寿命10年以上。

（6）性能指标：风载：>0.5 KN/m2，雪载：>0.3 KN/m2。

3.2 10连栋温室大棚

（1）主要栽培种类有茄果类、绿叶菜、果树类。立体养殖种类有娃娃鱼、三文鱼、锦鲤等。

（2）结构。连栋钢架大棚设计为10跨连体，单栋长60 m，单栋面积为480 m2。根据实际地形，长、宽作适当调整。其规格与技术参数如下：跨度8.0 m，肩高2.5 m，脊高6.0 m，开间4.0 m，拱间距1 m。

（3）性能参数。最大排雨水能力：140 mm/h（大于AAA市降雨量记录），使用年限：15年以上，主体结构8年内无明显锈蚀。

（4）大棚基础。大棚内采用C15混凝土独立桩基础，强度高，造价低，不影响室内地面有效使用面积。基础规格为：底面400 mm×400 mm，顶面300 mm×300 mm，高400 mm[2]。

（5）大棚主体骨架。材料规格：骨架主要材料为国产优质热轧钢板、热镀锌钢管和温室专用型材，其中，主立柱：Φ60 mm×2.5 mm热镀管，辅立柱：Φ25 mm×1.5 mm热镀管，棚头立柱：Φ32 mm×1.8 mm热镀管，柱间撑：Φ25 mm×1.5 mm热镀管，水槽：δ2.0 mm×400 mm钢板，肩梁：30 mm×50 mm×2 mm方管，拱杆：Φ25 mm×1.5 mm热镀管，辐杆：Φ25 mm×1.5 mm热镀管，下弦横梁：Φ32 mm×1.8 mm热镀管，薄膜：0.12 mm国产膜，遮阳网：75%遮光率。

（6）骨架结构：采用热镀锌钢材制作大棚骨架，具有不易生锈、使用寿命长等优点。棚体设计成拱顶形式，提高大棚的通风透气与散热性能，增强棚体结构的稳定性，提高棚内光照[3]。

大棚采用Φ60 mm×2.5 mm热镀锌钢管作立柱，纵向立柱间距4 m，为增强大棚的整体稳定性，每排立柱设2组采用Φ25 mm×1.5 mm钢管制作的柱间撑杆。

大棚两侧墙每两根主立柱间设两根辅立柱，材料为Φ25 mm×1.5 mm热镀管。

一栋10连跨大棚纵向共设8条水槽，水槽采用2 mm厚热镀钢板折成，由托架固定于立柱上。水槽采用两端排水法，坡度为0.5%，水槽两端各设1根Φ110PVC排水管，雨水经排水管流至地面排水沟。

大棚边排立柱顶部不设水槽，采用60 mm×50 mm×2 mm方管制作肩梁。

4 光伏智能温室种植技术规范

4.1 环境闭锁密封系统

光伏智能温室示范种植基地是在全封闭的环境下构建的植物种植系统，它要求栽培环境不受任何外界气候因子的影响，基于此要利用隔热避光与防风的材料建设厂房，以最佳的隔热性能实现能量损耗的最少化与节能化，根据冷库建设的隔热原理，用隔热性与避光性较好的15 cm厚的泡沫绝热板作为建设材料，使工厂内外的能量交换最小化，内外影响最小化。endprint

4.2 人工补光系统的建设

光伏智能温室内补光系统是最为重要的系统，它是构成植物生物量的一种主要能源，是代谢与活动所需能量的来源。一般人工补光系统以红蓝光为主，以R/B为10～5∶1较为适宜。在光周期上，常综合使用400US的脉冲补光、24 h全光照补光，达到光合时间的最大化，但开花结果植物对光周期较敏感，补光要光期暗期分明。

4.3 微喷加湿系统的建设

对瓜果、蔬菜等需水较少的植物，在栽培过程中，用超声波雾化加湿机保持相应的空气湿度，可以为植物生长提供最佳的生长条件。微喷加湿系统建设较简单，一般由微喷头、供水管道组成，而超声波雾化器就更简单，只需把产生的雾化经风扇通入工厂栽培空间即可。

4.4 空气循环流通系统

在闭锁型的苗木生产工场内，空气循环流通系统结合二氧化碳的强制供应成为该技术中最为重要的核心，它对于提高植物快繁微材料光合效率、促进离体材料发育生根极为重要，可借鉴日本现行的通风供气系统[4]。

4.5 二氧化碳补充系统

在有限的栽培空间，二氧化碳递减，消耗迅速，若不能有效补给，植物会缺二氧化碳，造成幼苗生长差，因此，要提供二氧化碳气的供气源。二氧化碳气要利用管道输送，由于二氧化碳具有沉降性，在建设管道系统时，要从植物工厂顶端输入，使二氧化碳气均匀分布于工厂内。

4.6 营养液自动控制与供给系统

为给植物提供浓度适宜、溶氧足、pH值适宜、养分全的营养液，要建立营养液自动控制与供给系统，该系统包括调控、输送两部分。输送部分由管道联接而成；调控部分包括母液贮藏罐、营养液池、养分检测探头与自动控制组成，利用计算机控制系统，科学调控。

4.7 物理杀菌系统

由于生产中常常发生各种病菌侵害植物，为获得绿色农产品，要采取物理杀菌。一是设置杀菌室，在入口处的缓冲间，人员进入厂内严格换鞋更衣与杀菌消毒。二是安装空气杀菌或过滤装置。为防止内外空气对流时，细菌进入植物工厂，在每个入气口安装空气杀菌或过滤装置。三是定期消毒。定期用电功能水消毒植物工厂，一般1～10 min细菌、病毒、真菌死亡，而且不对环境造成残留。

4.8 温度控制系统

为促进植物正常生长发育，要为植物提供适宜的温度环境。一般利用温度传感器及自动控制实现，而加温或致冷主要由空调机、加热用的热风炉、暖气片、加热管道、地下热、致冷器等完成。

4.9 计算机自动控制及远程控制系统

这个系统是植物工厂的大脑核心，一切环境因子的创造及栽培因子的监测与控制都得通过该系统自动控制。它的构建安装就是完成与各个执行部件的电信号联接与各种传感器在空间内的布局，其他的控制主机部门现在都有相对成熟与成型的设备与技术，只需进行安装就可使用。安装与连接好计算机控制系统后，把它与电脑连接，实现软件的远程控制，利用电脑网络或者手机通讯实现跨空间远距离控制，实现的方法有2种。一种是通过互联网实现远程控制，一种是通过无线模块实现无线通讯控制，只要手机有信号的地区都可对基地进行操作与控制，利用上述2种方法可以实现全球性控制。目前普遍是直接把办公室的微机与植物工厂的计算机控制主机进行网络线连接，实现近距离的控制。

4.10 视频监控与图像传送系统

为了使管理者实现远程管理与诊断，在植物工厂内安装摄像头，实现24 h实时在线监控录像与传送。该系统主要包括软件、数字化硬盘、摄像头、电脑，还可结合计算机控制软件，实现图像与参数的实时在线监控与记录[5]。

4.11 废物废液循环再利用系统

在植物工厂的栽培与收获过程中，一些营养废液的排放及植物的残渣等下脚料都可以作为生物菌发酵的原料进行堆肥处理，把堆肥发酵后的无菌无臭残渣作为营养土配制的原料进行无土栽培，而由其浸出液制取的液肥又可作为追肥或者水培的营养液进行二次循环利用，采用这种方法可以实现植物工厂的零排放，让植物工厂自身就能完成整个生态圈内的能量循环。完成这个环节所起到作用最大的技术就是生物菌的发酵处理技术，在该系统安装时，只需按生物菌发酵的流程与工艺购置成套的设备与相关检测仪器即可，操作使用都较为简单，从而可以为各种类型的植物工厂采用。

5 项目经济效益分析

以单栋标准化光伏高效农业智能温室（投资80万元）产出效益为例计算。

5.1 光伏发电部分

10 MW光伏电站，实际装机光伏面积为11.5 m×47 m，50 KW×4 h光照发电年收入为200 kW·h/d×365 d×1.00元/kW·h=73 000元。管理费用按5%计算，需3 650元，年净收入69 350元。

5.2 高效农业部分

食用菌高产栽培：以普通香菇（标准菌棒规格：100 mm×200 mm）为例，4 000棒×1 kg/棒×4批/年×80%转换率×10元/kg=128 000元。特色茄果（如紫茄）高产栽培，年产优质紫茄30 000 kg，按2.6元/kg，产值78 000元。单栋温室年需原材料及管理费用等各种投资平均40 000元。单栋标准化光伏高效农业智能温室年净收入为166 000元。

5.3 单栋标准化光伏高效农业智能温室年收益

单栋标准化光伏高效农业智能温室年净收入为69 350元+166 000元=235 350元。

5.4 资金回收率

单栋标准化光伏高效农业智能温室资金回收率为235 350元/80万元=29.4%。3～4年可收回投资成本。

6 项目社会效益分析

一是每年为社会提供新能源电力6 800万kW·h；二是提供就业岗位300多人；三是提供有机、绿色、无公害优质瓜果、蔬菜、食用菌及水产品4万～5万t，既丰富城乡居民的餐桌，又提高生活质量。四是居民到园区参观旅游，既丰富文化生活，又为农业高新技术的推广利用起到宣传带动作用。

总之，该项目绿色环保，经济效益及社会效益显著，符合国家产业化政策的要求，发展前景广阔，项目切实可行[6]。

7 参考文献

[1] 孙忠富，曹洪太，杜克明，等.温室环境无线远程监控系统的优化解决方案[J].沈阳农业大学学报，2006（3）：270-273.

[2] 冯广和.国内外现代温室的发展[J].新疆农机化，2004（3）：50-51.

[3] 蔡春丽.智能温室环境控制系统研究[J].重庆工学院学报（自然科学版），2007（10）：105-107.

[4] 何芬，马承伟.中国设施农业发展现状与对策分析[J].中国农学通报，2007（3）：462-465.

[5] 柯用兵，周俊.温室农业生产监控组态软件中的实时数据库系统[J].计算机工程，2004（12）：186-188.

[6] 李俊，毛罕平，胡永光，等.基于SQL Server 2000的温室监控数据库系统的开发[J].农机化研究，2004（1）：221-224.endprint