上海崇明地区半封闭温室的节能分析

王 芳

华融（上海）工程设计咨询有限公司

1 项目概况

该温室种植品种主要有甜椒、迷你番茄、鸡尾酒番茄、黄瓜、育苗及生菜等作物，温室面积总计187296m2，作物总产量1.46万吨∕年，各品种计划如表1。

表1 温室各品种育种计划表

在坚持节能高效、投资与运行合理的原则下，本温室因地制宜，进行了一系列适宜植物生长的温室节能设计。

2 温室建筑节能分析

2.1 采用透光性玻璃及封闭橡胶节能

由于温室类工程的特殊性，国内目前并没有相应的节能规范。温室建筑需要大面积使用玻璃、阳光板等透明的建筑围护材料，传热系数比较大，会产生较大的能耗。

该温室屋顶玻璃为钢化玻璃，温室玻璃墙面为非钢化透明浮法玻璃，浮法玻璃较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。为增强温室的封闭性，采用W型橡胶型材可防止玻璃与铝型材的直接接触，降低传热系数，节省能源。

2.2 内保温系统

温室采用内保温系统，可有效降低能耗损失，提高作物产量。该温室内配置水平的内保温系统，该系统以水平方向悬吊在温室的桁架上，贯穿整个大棚区域。整个安装结构的墙体内侧面都有能量吸收幕布，安装在一个密闭空间内，可以有效吸收能量。幕布型号为OBCSCURA 10070，遮光率大约100%，节能大约70%。

2.3 遮阳系统

在夏季，由于进入温室的太阳辐射热负荷太高，仅仅利用通风不能够实现理想降温，温室内的高温、低湿环境对植物的生长不利，需要设计、配备遮阳系统。温室上下层内帘幕系统采用性能强、节能效率高的材质，密封兜采用密封性能好的品牌，保证温室环境稳定，节约能源。

该温室采用上层及下层内帘幕系统，以实现遮阳降温。上层内幕系统幕布采用HARMONY 3845，遮阳率38%，节能率45%，散射；密封兜采用品牌LUXOUS 1347 FR，安装在每个分区幕布的两端，保证密封性。下层内帘幕系统幕布采用OBSCURA 9950RF W，遮阳率99%，节能率50%。密封兜采用品牌OBSCURA 9950RF W，安装在每个分区幕布的两端，保证密封性。

3 设备专业节能分析

温度是温室气候特征最基本的要素之一，极大地影响温室作物的产量。该温室采用环控系统以及水肥一体化系统，实现作物生长气候的智能化精准控制。此外，为了调节控制温室气候，需设置集中式供冷供热系统，该系统是温室耗能的主要系统，对能源消费总量控制影响较大。同时，为提高作物产量，通过LED补光照明系统，促进植物生长。

3.1 环控系统及水肥一体化

智能控制平台是园艺生产现代化、工厂化的直接体现，通过智能控制平台，可通过计算机将气候控制系统、灌溉系统、作物生长控制系统有机联合，实现对温度、湿度、光照、浇水、施肥、作物生长环境全自动控制。该温室环控系统选用目前世界最先进的温室计算机控制系统，设定每天24小时六个不同时段的作物生长需求策略，将作物生长与气候环境、灌溉管理等条件有机结合，实现作物生长气候的智能化精准控制。

水肥一体化系统配置施肥机、过滤器、储肥罐、消毒机、水泵及电动阀、滴灌系统等。灌溉水源是回收雨水，计算机精准灌溉施肥，营养液余液回收利用，实现零排放。

3.2 集中式制冷供暖系统

荷兰半封闭温室一般采用地源热泵系统，地源热泵是一种利用土壤所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖制冷空调系统，通常地源热泵消耗1kwh 的能量，用户可以得到4.4kwh 以上的热量或冷量。该项目位于上海市崇明区，地源热泵系统安装条件不成熟。考虑到温室面积较大，分散式供冷、供热能源消耗大，不易智能化控制。另外，热电联供系统国内成熟案例较少，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电供应的外网设备。而集中式供冷供热系统冷热源设备集中管理，可以实现能源的梯级利用，实现高效运行，提高设备利用率。因此，与分散式、热电联供系统相比，集中式供冷供热系统更为节能高效。该温室设置集中冷热源系统，采用12台冷水机组制冷，3台燃气锅炉加热，并设蓄冷、蓄热设施。

夏季采用风冷螺杆式冷水机组提供冷源，制冷量为1671kW，制冷性能系数为4.884；冬季采用3 台天然气锅炉制取热水，控制方式为全自动微电脑控制；每台容量为8400kW，总供热负荷容量为25200kW，并配有安全设备，满足供热要求，锅炉热效率≥92%。

该项目采用集中冷热源系统投资较小，运行费用低，节约能耗；同时，考虑设置储热和储冷罐，用以错峰调节，使设备运行在合理状态，有利于节能。

3.2.1 制冷系统选择

目前，设施园艺界的半封闭温室正压送风首部常用的系统有2种：一种是采用地源热泵、水源热泵等方式提供冷热源；另一种采用湿帘蒸发降温、机械制冷提供冷源，以锅炉热水提供热源，前一种形式投资大、运行费用高，对于崇明区技术可行性低；后一种投资小、运行费用低。该项目温室生产区根据种植产品特点采用不同的降温系统，其中育苗温室和生菜温室采用JSK制冷系统；番茄甜椒区综合采用半封闭温室混压室湿帘风机和机械降温系统。

JSK制冷系统是一个独立的新型制冷系统，在半封闭温室里面，原来的制冷是将风机和表冷机放在混压机里面。对于叶菜而言，因为叶菜作物面在床上，作物面比较低，需要将整个温室的温度都降下来，较为耗能。JSK 的风机放置于作物床边，这样制冷的距离相对较短，起到一个节约能源的作用。

番茄甜椒区两种降温方式的作用效果是相同的，机械降温在温室顶窗未完全打开且室内湿度较低时效果较好；如室外光照很强，且室外空气温度高和湿度较低的情况下，湿帘风机效果较好。

该项目根据育种产品特点选择针对性的制冷系统，节约用能。JSK 系统广泛应用于叶菜生产温室，全部由气候计算机监控，智能化控制，利于能源控制，减小能源损耗。

3.2.2 加热能源储备系统

加热系统是温室实现优质高产非常重要的条件。先进的加温系统不仅与通风系统相结合可为温室内作物生产创造适宜的温度和湿度条件，形成良好的小气候生态条件，而且可以节约能源并可提高劳动生产率。目前，国内温室加热系统主要通过暖气加热或日光采暖，无法实现对温室内不同季节、不同部位均匀供热，且不能进行植株生长过程中温度设定。该项目设置立体加热系统，通过系统整合温室内外的温度差以及设定加温温度，控制加温管道混合阀和循环泵的开闭，自动调节温室内部温度，底部加温管道还可作为省力化操作设备的轨道使用。

同时，为节约电能，该项目利用先进的储能技术，节省运行费用，为实现现代农业能源利用的可持续性发展提供了一条途径。

3.3 LED补光照明系统

植物生长需要光合作用来积累有机物补充生长所需要的能量，是植物体内最重要的生命活动过程，植物补光的原理是通过增加光合有效辐射来达到促进植物生长发育目的。LED光源的主要优点有：①发光效率高，单色性好；②绿色环保方面，对环境污染；③节能省电，相当于高压钠灯节电达到80%以上；④灵活性强，因其体积小，可根据需要进行不同组合；⑤使用寿命长，一般在5 万小时以上。该项目采用LED 补光系统，LED 植物照明灯具比较节能、功率小、效率高。

4 节能效果评估

由于国家和上海市尚未出台针对温室的能耗标准，同时未能掌握类似项目的能耗数据，现项目能效对比以荷兰传统温室能效水平作为参考。

4.1 该项目单位面积能耗水平

经节能计算，该项目综合能耗为4974.51tce（当量值），单位面积综合能耗按下式计算：

4.2 荷兰传统玻璃温室能耗水平

荷兰传统玻璃温室用能主要为高压钠灯补光系统、制冷系统以及加热系统，单位面积综合能耗为59.17kgce∕m2（当量值）。

4.3 与荷兰传统玻璃温室能耗水平对比

相比较而言，该项目较荷兰传统温室更为节能。荷兰半封闭温室较传统玻璃温室节能高产的原因在于荷兰半封闭温室具有高可控性、高均匀性、低通风率以及正压节能高效的特点，提高作物产量。另外，该项目结合实际情况和作物生长特点，还采取了如下节能措施：（1）补光系统更为节能。荷兰传统玻璃温室大面积使用补光系统，为高压钠灯系统；本项目仅3#温室采用补光系统，使用范围小，且为更加节能的LED 系统，时长较短。（2）制冷系统更为节能。针对叶菜类的育苗温室和生菜温室，制冷系统采用JSK 新型节能制冷系统，节能效率高。考虑到气候条件不一致，上海地区在夏季、晚春和初秋，温室内的夜间温度需要通过机械冷却来降低，白天不使用制冷系统。

5 结论与建议

通过对上海崇明地区半封闭温室的节能分析，该项目从温室建筑围护、内保温系统、集中制冷供暖系统、环控系统及水肥一体化、LED 补光系统等方面，采取一系列节能技术措施，能效水平较为先进。

温室能耗高低与运行管理水平密切相关，关键是温室采取合理的保温措施，建议选择高能效设备。同时，加强节能管理，健全节能管理制度，完善节能管理措施，并落到实处。