屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究——以天津城区为例.pdf

年第 期 总第 卷 第 期 建筑节能 生态城市与环境 收稿日期 修回日期 基金项目 国家自然科学基金地区项目 国家自然科学基 金面上项目 天津市科技发展战略研究计划项 目 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 以天津城区为例 穆大伟 张玉坤 天津大学建筑学院 天津 海南大学土木建筑工程学院 海口 摘要 通过建立屋顶日光温室和屋顶现代温室典型模型 对天津中心城区建筑屋顶温室 蔬菜 光 伏复合式生产潜力 进行定量研究 结果表明 天津市中心城区可建 万亩屋顶温室 通 过实施蔬菜 光伏复合式生产 可生产蔬菜 可生产电力 能够实现天津城区常住居民蔬菜自给率 生活电力自给率 增加 屋顶温室管理就业人员 万人 关键词 屋顶温室 生产性城市 都市农业 中图分类号 文献标志码 文章编号 引言 随着城市人口数量的持续增长和城市生态 能 源 食品问题的不断加剧 自然资本已经不能满足需 求 仅减少资源的消耗 不可能真正解决供需的矛 盾 在城市内部开展生产活动 将建筑 交通等基 础设施作为资源的生产者 对能源 粮食 水 废物 空 间等资源进行生产和再利用 推动传统的 消费型城 市 向革新的 生产型城市 转型 成为必然选择 生产性城市 生产性建筑 有农建筑 正能房 等先 锋性理念纷纷涌现 城市和建筑的生产性变革已经崭 露头角 建筑屋顶具备开展光伏发电 蔬菜种植等生产活 动的空间条件 是城市建筑生产性变革的突破点 屋 顶温室可实现 蔬菜 光伏复合式生产 受到学者的 广泛关注 等人将 建筑与屋顶温室整合 促进能源 水 在两者之间 相互流通 等人模拟研究表 明 利用建筑内高浓度 可显著提高屋顶温室蔬菜 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 产量 等人研究表明 与独立温室相比 较 屋顶温室冬季增温 夏季降温 节能 运用全生命周期 和生态网络 方法分析了屋顶温室番茄 种植的能量流 研究了屋顶 温室蔬菜花粉对建筑室内空气质量的影响 在实 践领域 美国哥谭格林公司 首先运 营商业屋顶温室 年投产的纽约布鲁克林屋顶温 室面积 年产 蔬菜 取得了良好的经济 效益 加拿大蒙特利尔卢珐农场 拥有 屋顶温室 通过社区支持农业 的模式 销售蔬菜产品 德国莱布尼兹农业景观研究中心 零占地农业 项目的研究成果 屋顶 温室实践手册 为市民和决策者提供技术支持 已有研究多集中于屋顶温室与建筑一体化的策 略 建筑节能 生态效益及对室内环境的影响 作为 蔬菜和电能的生产者 屋顶温室的生产潜力直接影响 其作为城市建筑生产性革新措施的价值 定量评估研 究尚待开展 本文以天津为例进行屋顶温室蔬菜和 光伏复合生产模型建构和生产潜力定量评估 为城市 建筑屋顶空间的生产性再利用提供理论依据 评估模型的建立 作为一种在全世界范围内广泛应用的蔬菜生产 设施 温室具有成熟的设计原理和技术参数 本研究 综合温室设计原理 光伏发电设计原理和既有建筑的 基本要求 以天津作为研究地域 建立屋顶温室模型 天津市位于北纬 东经 四季分明 属暖温带半湿润季风性气候 天津年平均 气温约为 月最热 月平均温度 历史最 高温度 月最冷 月平均温度 历史最 低温度 年平均降水量 与欧美国家不同 中国温室主要分为两种类型 中国传统的节能型日光温室和国外引进的现代温室 节能型日光温室北墙和东西山墙为砌体结构 白天吸 热蓄能 晚上作为热源给温室加热 维持蔬菜生产所 需温度 能耗较低 现代温室采用轻钢结构骨架 玻 璃或 板维护 不具备蓄热能力 冬季需要加温以维 持蔬菜生长温度条件 能耗较高 日光温室的北墙和 山墙遮挡光照 在连片建设时需要有足够的日照间距 脊高的 倍 以保障蔬菜对光照的需求 土地利 用率低 现代温室结构平面布局灵活 对日照间距的 要求较低 土地利用率较高 由于建筑材料的不同 现代温室在荷载和施工的便利性方面具有一定优势 综合分析两种温室的优缺点可知 作为屋顶温室 日 光温室和现代温室各有利弊 不可简单地舍弃其一 本文构建两种屋顶温室典型模型 作为研究分析的基 础 植物工厂是蔬菜生产设施的高端形式 可以摆脱 自然环境的束缚 在人工环境中维持生产 由于投资 大 技术难度高 不作为本文研究对象 屋顶日光温室评估模型 日光温室是以塑料薄膜为采光覆盖材料 以太阳 辐射为热源 靠前屋面最大限度采光和加厚的墙体及 后坡 防寒沟 保温被 草苫等最大限度地保温 达到充 分利用光热资源 创造植物生长适宜环境的一种我国特 有的保护栽培设施 科研工作者在传统日光温室基础 上优化设计 开发出节能型日光温室 实现冬季不加温 或在极端天气条件下 连续阴雨雪天超过 少量加 温即可进行越冬生产 是我国当前主要日光温室类型 日光温室结构 日光温室建设标准 等标准对日光温室的前屋 面角和跨度等结构参数做出了明确的规定 天津市 位于北纬 选取较为保守的北纬 作 为设计依据 据日光温室设计标准 日光温室适宜跨 度 日光温室建设标准 日光温室 跨度指后墙内侧至前屋面骨架底部外边的水平距离 为 合理前屋面角 本研究选取 作为屋顶日光温室跨度 后墙厚 含保温 蓄热层 后墙和前屋面落在建筑常规尺寸 的 梁上 有利于墙体荷载传递 低纬度地区可适当加大 日光温室跨度 北纬 地区 跨度日光温室仍 可保障冬季不加温生产蔬菜 陕西 甘肃等地出现了 的连跨型日光温室 提高了土地利用率 但冬季 需要加温以保障蔬菜正常生产 考虑到对日照间距 荷载传递和能耗的影响 本研究不选取较大跨度的日 光温室作为模型 辽宁省和山东省依据纬度和气候条件分别制定 辽沈型日光温室和山东型日光温室规范 由前述屋 顶温室设计可知 天津屋顶温室结构与辽沈 型日光 温室相近 辽沈 型日光温室以前屋面角符合冬至 日 合理透光率的要求为主要特征 在 北纬 以南地区可进行冬季不加温生产喜温果 菜 是经实践证明生产效果较好的日光温室结构形 式 作为估算模型更加具有实践价值 其结构参数如 表 所示 辽沈 型日光温室加大了跨度 但脊高达到 对日照间距影响较大 表 屋顶日光温室模型结构参数 结构跨度 脊高 后墙高 后屋面水平投影长度 参数 辽沈 型日光温室对传统日光温室前屋面进行 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 了优化 传统日光温室前屋面形状采用数学曲线进 行连接 事实证明 日光温室总进光量最大的采光面 不可能与某一数学曲线完全吻合 辽沈 型节能日 光温室采用了动态规划法进行了优化设计 获得了更 高的透光率 佟国红 白义奎 王铁良等对 跨 度辽沈 型节能日光温室优化结果如表 所示 作为屋顶日光温室前屋面曲线 表 辽沈 型节能日光温室前屋面优化结果 屋面倾角 日光温室生产过程中操作人员需要在前屋面进 行除雪 卷膜等维护工作 屋面需要上人 上人屋面 女儿墙高度一般不低于 女儿墙阴影距离计算 女儿墙冬至日阴影占地 考虑到日光温室前 屋面脚的内部空间较低 蔬菜生长受限 日光温室前 屋面底脚退出女儿墙 据上述数据设计屋顶日 光温室模型 如图 所示 屋顶现代温室评估模型 现代温室是指设施内的环境实现了计算机自动 控制 基本上不受自然气候条件下灾害性天气和不良 图 屋顶日光温室评估模型 环境条件的影响 周年全天候进行设施园艺作物生产 的大型温室 现代温室结构类型较多 拱圆型塑料温 室 锯齿型塑料温室 桁架结构双屋面温室 型 玻璃温室应用较为广泛 其中拱圆型塑料温室和 型玻璃温室的应用面积相对较大 型温 室也是全球范围内面积最大的玻璃温室类型 本研究 以 型温室作为屋顶现代温室的建模原型 结合常 用建筑构造和屋顶特殊环境条件 进行适应性设计 型温室源自于荷兰 采用镀锌型钢作为结 构材料 水平桁架做主要承力构件 与立柱形成稳定 结构 荷兰 型温室每跨水平桁架上支撑 个 跨的小屋面 中国对 型温室进行了 改进 将小屋面的跨度改为 形成了 和 跨度的温室 评估模型采用 跨度 每跨 个 的小屋面 如图 所示 型温室小屋面左 右间隔式蝶形开窗 齿轮齿条驱动 通风效果较好 光伏设计 屋顶温室的设计需要兼顾光伏组件的发电效率 和蔬菜生长的光环境需求 实现发电效益和农业收入 综合效益最大化 屋面角和光伏组件覆盖方式直接 影响光伏组件发电量 温室内部光照强度和光照分布 均匀程度 屋顶温室屋面角 光伏发电站设计规范 推荐天 津地区并网系统最佳倾角是 通过 软 件模拟可知 天津全年光伏发电最佳倾角的范围是 魏晓明等人利用 软件计 算了更大范围屋面角下单位面积太阳能薄膜电池的 年发电量 如图 所示 屋面角在 范围之间变 化时 太阳能薄膜电池单位面积年发电量变化幅度不 大 基本在 之内 由此可知 屋顶温室的屋面角 的选择具有较大的灵活性 在满足蔬菜生长的同时 光伏发电量仍然可以保持在较高水平 屋顶温室评估模型以辽沈 型节能日光温室和 型现代温室为原型 其设计出发点是获得良好 的室内光照条件 保障蔬菜生产 辽沈 型节能日光 温室前屋面为曲面 由表 可知 屋面从 的角 度变化范围为 前屋面底角部位与屋脊部位 设置通风口 不布置太阳能薄膜 太阳能薄膜的覆盖 位置为 处屋面角度为 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 处屋面角度为 为使模拟简化 将光伏薄膜铺设 位置近似作为一条直线 光伏薄膜倾角为 屋顶 现代温室采用 型温室作为设计原型 屋面角为 图 屋顶现代温室评估模型 图 倾角对太阳能薄膜电池发电量的影响 对比光伏组件对倾角的要求和屋顶温室光伏组 件倾角的设计值可知 屋顶日光温室光伏薄膜倾角 屋顶 温室屋面倾角 并不是光伏组 件最佳倾角 但对发电量的影响幅度较小 能够兼顾 温室光环境要求和光伏发电效率 光伏组件覆盖方式 按照光伏板的铺设方式 光伏温室可以分为全铺 式光伏温室和部分铺式光伏温室 全铺式光伏温室 是将温室屋顶全铺上光伏板 发电用光达到最大 温 室内光照弱 仅可种植食用菌等厌光性植物 部分铺 式光伏温室是将光伏组件间隔排列铺设的温室 内部 的光照较全光照弱 但可以种植大部分的园艺作物 兼顾光伏发电与农业生产 其中棋盘状排列方式 的温室的光照相对均匀一些 学者分别对日光温室和现代温室的光伏组件铺 设方式进行了研究 赵雪 邹志荣等人研究了非晶硅 电池组件和 板在 数量比条件下日光温室的光 环境 晴天光伏日光温室正午前后 内的太阳总辐 射 波长范围为 透过率为 光合有 效光量子流密度 波长范围为 透过率为 光伏温室番茄的株高 茎粗在开花期与传统温 室有差异 番茄产量和品质与传统日光温室无显著性 差异 董微 周增产等人测量了 型光伏温室 的透光率 在南侧屋面光伏板 间隔排列的情况下 温室内照度为 平均透 光率为 可满足蔬菜生长需求 对比两者的 研究结果可知 温室南侧屋面采用 间隔排列的情况 下 光伏日光温室的透光率低于 型温室 对蔬菜 生长产生影响 对番茄的产量和品质无显著性影响 据此 本研究屋顶日光温室南屋面光伏组件和塑 料薄膜按 数量比间隔式布局 进一步提高温室内 光照强度 屋顶 型温室光伏组件和玻璃屋面按 数量比间隔式布局 与董微 周增产等人研究的温 室保持一致 见图 该布局方式兼顾光伏发电和 蔬菜生产 达到综合效益最大化 根据两种温室的特点 屋顶温室选取不同的光伏 组件和尺寸 屋顶日光温室选取薄膜电池作为光伏 组件 有利于光伏组件与日光温室前屋面曲线相一 致 屋顶日光温室后屋面不铺设光伏组件 前屋面底 脚和顶部各 位置为通风口 不铺设光伏薄膜 前屋面光伏组件宽度与温室拱架间距相同 为 光伏组件长度 屋顶 型温室选取多晶硅 电池作为光伏组件 北侧屋面不铺设光伏组件 南侧 屋面光伏组件与小屋面玻璃尺寸相同 为 对蔬菜种植没有影响的建筑构件屋顶 包括 辅助房间 楼梯间屋顶 日光温室山墙部位的屋面均 铺设光伏组件 根据以上设计 屋顶日光温室光伏组 件面积 屋顶 温室光伏组件面积 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 图 屋顶温室光伏设计 天津市屋顶温室面积 进行屋顶温室生产潜力评估 需要首先明确屋顶 温室的面积 在建筑屋顶面积的基础上 以建筑屋顶 温室利用率及其修正系数调整建筑荷载 日照间距 建筑平面形状 建筑屋顶构件和设备等因素的影响 确定屋顶温室面积 天津市城区建筑屋顶面积 城市建筑屋顶面积是屋顶温室蔬菜生产与光伏 发电生产潜力研究的重要基础数据 不同学者采用多 种方法进行天津市屋顶面积研究 宫盛男 张玉坤等 人利用 软件提取天津中心区建筑屋顶的投影面 积 天津城区建筑屋顶总面积 为 其中 平屋顶 坡屋顶 坡屋顶面积包 含数量较少的曲面屋顶 折板屋顶等不规则形式的屋 顶 该统计数据包括和平 南开 河东 河西 红桥和北 辰共计 个区的建筑屋顶面积 张华 王立雄等人 通过控规中的用地面积和建筑密度计算建筑的占地 面积 通过调研确定建筑屋顶面积与建筑占地面积的 比值 进而计算出天津市建筑屋顶总面积 计算公 式为 建筑屋顶总面积 建筑用地面积 建筑密度 屋顶面积与占地面积的比值 计算结果为 天津市中 心城区建筑屋顶总面积为 该计算数据包 括除历史风貌保护区之外的天津市外环线以内区域 通过 软件人工逐一提取建筑屋顶面积的方法工 作量较大 误差较小 通过计算获得建筑屋顶面积的 方法受到计算参数准确性的影响较大 本研究采用 利用 软件提取的天津建筑屋顶面积作为基础数 据 即天津城区建筑屋顶总面积 为 建筑屋顶温室利用率 受到建筑荷载 日照间距的限制 部分建筑不具 备屋顶温室建设的客观条件 建筑屋顶温室利用率 为可建温室的屋顶面积与总屋顶面积的比值 张华 王立雄等人采用天正日照分析软件模拟建筑屋面光 照条件 计算得到天津市建筑屋顶光伏利用率 内环 建筑屋顶光伏利用率的平均值为 内环至中环为 进行屋顶温室建设 除光照条件的限制之 外 建筑荷载 日照间距等因素的限制条件更加苛刻 建筑屋顶温室利用率低于建筑屋顶光伏利用率 故而 本研究将建筑屋顶温室利用率 设置为 不具 备屋顶温室建设条件的建筑仍然可以单独开展屋顶 光伏生产或者屋顶农业生产 为使研究条理更加清晰 明确 该部分建筑不作为研究范围 建筑屋顶温室利用率修正系数 对于可建屋顶温室的建筑 屋顶面积仍然不简单 地等同于温室的面积 主要受到两方面因素的影响 一方面是温室与屋顶平面的契合度 屋顶温室评估 模型选取最简单的矩形建筑平面 现代温室与建筑屋 顶平面完全契合 日光温室平面占建筑屋顶平面的 实践中建筑平面形状各异 屋顶难以被温室完 全覆盖 第二方面是楼顶的建筑构件 设备以及辅助 房间 主要包括楼梯间 电梯间 贮藏间 设备间等 需 要占据部分屋顶面积 模型中屋顶日光温室辅助房 间面积 占比为 屋顶现代温室辅助房间 面积 占比为 综合两个评估模 型 辅助房间占屋顶面积约 基于上述两点原因 需要对建筑屋顶温室利用率 进行修正 建筑屋顶温室利用率修正系数为温室面 积与建筑屋顶面积的比值 屋顶现代温室为轻钢结 构形式 平面灵活性较强 屋顶温室利用率修正系数 取 屋顶日光温室以矩形为主要形式 灵活 性较低 与建筑屋顶平面契合度低 另外 在进深较 大的屋顶进行多栋日光温室建设 需要留有 倍 脊高的日照间距 导致建筑屋顶温室利用率进一步降 低 因而建筑屋顶日光温室利用率修正系数 取 屋顶温室面积 在确定建筑屋顶面积后 结合建筑屋顶温室利用 率和修正系数 确定天津市屋顶温室面积 天津市屋 顶温室面积 建筑屋顶总面积 建筑屋顶温室利用 率 屋顶温室利用率修正系数 屋顶现代温室和屋顶日光温室的利用率修正系 数不同 进行屋顶温室面积评估 需要确定两者在总 量上的比例 屋顶现代温室为轻钢玻璃结构形式 施 工较为便捷 形式灵活 外形较日光温室美观 设定其 占屋顶温室总量的 屋顶日光温室占比 分 别估算屋顶日光温室和屋顶现代温室的面积 屋顶日光温室 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 屋顶现代温室 据上述研究 天津市城区包括和平 南开 河东 河西 红桥和北辰 个区 可建屋顶日光温室 可建屋顶现代温室 总计可建屋 顶温室 换算为农业种植领域常用单位 天津城区可建屋顶温室 亩 作为传统的消耗型城市 天津市的生产性空间有 限 通过生产空间在建筑空间上的叠加 可以重新开 发出 万亩屋顶温室 这意味着天津市蔬菜所带 来的生态足迹部分可以减少 万亩 如果将蔬菜运 输损耗的 计算在内 可以缩减的 生态足迹为 万亩 万亩的农业设施用地转换为生态用 地 对区域生态具有较大的贡献 屋顶温室的生产潜力 屋顶温室的生产潜力是生产面积与单位面积产 能的乘积 在计算生产面积时 需要通过屋顶温室模 型确定蔬菜种植利用率和光伏发电利用率 在确定单 位面积产能时 需要使用 模拟屋顶温室的发 电量 屋顶温室蔬菜种植利用率和光伏发电利用率 依据屋顶温室模型进行蔬菜种植设计和光伏设 计 计算屋顶温室蔬菜种植利用率和光伏发电利用 率 蔬菜种植利用率 为种植面积与温室面积的 比值 光伏发电利用率 为光伏面积与温室面积 的比值 屋顶温室采用单层栽培床进行蔬菜种植 床宽 床间通道宽 种植人员在栽培床两侧管 理蔬菜 温室主要通道宽 便于生产资料和产 品的运输 屋顶温室种植设计如图 所示 屋顶温室 内部设备间 楼梯间 贮藏间等辅助房间不安排蔬菜 种植 屋顶温室建筑构件遮阳部位和外侧女儿墙遮阳 部位不宜进行蔬菜种植 依据种植设计 屋顶日光温 室蔬菜种植面积为 温室平面尺寸为 蔬菜种植利用率 屋顶现代温室 蔬菜种植面积为 温室平面尺寸 蔬菜种植利用率 本文 部分已经进行屋顶温室光伏设计 如 图 所示 屋顶日光温室光伏组件面积 温室 平面尺寸为 屋顶日光温室光伏组件利用 率 屋顶现代温室光伏组件面积 温室平面尺寸 屋顶现代温室 光伏组件利用率 图 屋顶温室蔬菜种植平面图 单位面积生产潜力 以色列 美国等设施农业发达国家温室蔬菜产量 可达 我国设施农业单位面积蔬菜产量 为 受益于城市内高技术服务的便捷性和 人才 资金的相对集中 屋顶温室蔬菜生产水平能够 达甚至超过到设施农业平均水平 为使评估结果更具 可靠性 本研究仍以设施农业蔬菜平均产量进行计 算 即屋顶温室蔬菜产量为 利用 模拟屋顶温室光伏发电量 屋顶日光温室采用薄膜光伏组件 铺设位置为 的位置 倾斜角度为 经模拟 屋顶日光温 室模型年发电量为 单位面积光伏薄膜发 电量 屋顶 温室采用多 晶硅光伏组件 倾斜角为 经模拟 模型年发电 量为 单位面积光伏组件发电量 蔬菜生产潜力 进行屋顶温室蔬菜生产潜力计算的思路为 屋顶 温室蔬菜产量 屋顶温室面积 蔬菜种植利用率 单位面积产量 屋顶日光温室蔬菜产量 为 屋顶现代温室蔬菜产量 为 天津城区既有建筑屋顶温室蔬菜年产量为 在天津城区进行蔬菜生产 可以减少蔬菜的运输 量 即减少蔬菜的 食物里程 黄经南等人研究表 明 武汉市的蔬菜几乎都不是本地产品 主要来自于 山东省 海南省等地 菠菜 油菜等深色蔬菜的平均食 物里程为 白菜 山药等浅色蔬菜的食物里 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 程为 通过屋顶温室的实施 天津市 可以减少 蔬菜的食物里程 减少由运 输造成的碳排放及空气污染 具有一定的生态意义 屋顶温室蔬菜生产也减少了在暴雪等极端恶略天气 条件下 运输不便 市区蔬菜供应紧张情况的出现 光伏发电潜力 屋顶温室光伏发电量的计算思路与蔬菜产量 相同 屋顶日光温室发电量 为 屋顶现代温室发电量 为 天津城区既有建筑屋顶温室光伏发电量为 屋顶温室光伏发电有助于降低天津城区对外界 电源的依赖程度 据 天津统计年鉴 年 火力 发电量仍然是天津主要电力来源 占比达 屋顶温室利用太阳能光伏发电 满足本地部分能源需 求 减少天津市火力发电所带来的环境问题 自给率分析 屋顶温室的实施使建筑具备生产蔬菜和电力的 功能 实现城市资源部分自给自足 并为城市居民提 供就业岗位 具有显著的经济与社会价值 蔬菜和电力自给率 据 天津统计年鉴 年天津市和平 南开 河东 河西 红桥和北辰 个区常住人口数量总计为 万人 天津市人均生活电力消费量为 人均新鲜蔬菜消费量为 据此计 算天津城区蔬菜需求量和生活电力需求量及通过屋 顶温室实现的自给率 天津城区蔬菜需求量 通过屋顶温室生产蔬菜 可实现蔬菜自给率达 天津城区生活电力需求量 通过屋顶温室光伏发电 可实现生活电力自给率达 由此可知 通过实施屋顶温室蔬菜 光伏复合式 生产 天津城区可实现蔬菜自给率 生活电力 自给率 安排就业人口 设施农业采用自动化环境调控技术 水肥一体化 灌溉系统等现代农业生产措施 大大提高了劳动效 率 人均可管理 亩温室 受到城市建筑单体分散 式布局的影响 屋顶温室的生产难以实现集约化生 产 降低了人均可管理屋顶温室面积 本研究采取较 为保守的人均管理 亩温室进行就业人口计算 由部分研究可知 天津市建筑屋顶温室面积 亩 在人均管理 亩温室的情况下 可安排就 业人口为 人 即通过实施屋顶温室可提供温室 管理就业岗位 万个 在中国快速城镇化的大背 景下 成为城市居民的农业人口就业问题逐步引起关 注 特别是年龄较大 长期从事农业生产的农民 在 城市内较难找到适宜的就业岗位 屋顶温室的实施 为这部分城市化农民提供了发挥自身技术专长的就 业岗位 有助于提高城市人口的就业率 结果与讨论 为使评估结果具有较高的可信度 研究过程中各 参数设置采用了较为保守的数值 屋顶日光温室的 塑料薄膜与光伏薄膜的比值设置为 日光温室山 墙部位未设计光伏组件 考虑这些因素的情况下 屋 顶日光温室光伏发电量仍然具有一定的提高空间 城市屋顶温室种植具备多层立体种植的技术条件 先 进的无土栽培技术可以提高蔬菜单位面积产量 研究 过程中蔬菜产量仍然以设施农业平均产量为依据 技术的进步将提高屋顶温室的生产潜力 中国设施栽 培技术正在逐步缩小与发达国家的差距 温室蔬菜产 量稳步提高 受益于光伏组件的研发进展 光伏发电 效率不断提高 研究中较为保守的参数取值保障了 生产潜力评估的可信度 同时也应意识到 屋顶温室 的生产潜力尚有提高的空间 屋顶温室不仅具有蔬菜生产和光伏发电的功能 还具有节能 增加交流空间 改善城市生态等意义 屋顶温室的建设形成了建筑顶层的缓冲空间 对建筑 顶层具有隔热 保温的作用 并可利用建筑的富余热 量和富余冷量 建筑和温室的能耗形成了互补的较少 效果 屋顶温室在种植 采购等过程中为城市居民提 供了交流的空间 并可为学校提供农业教育的机会 为儿童提供亲近自然 接近农业生产的便利条件 据孟建民估算 中国现有屋顶面积 但并未被有效利用起来 王卓然等人的调查研究 表明 建筑屋顶被大部分人忽略 技术并不是城市屋 顶空间再利用的限制因素 主要原因是由于人们对使 用屋顶空间意识的缺失以及合理的市场机制与产业 链 朱胜萱 高宁等人在上海的屋顶农业实践工 作中遇到了法规盲区 现有政策无法对接 找不到城 市层面管理主体等种种尴尬 进行城市屋顶温室 穆大伟 等 屋顶温室蔬菜生产与光伏发电复合生产潜力研究 建设 同样受到政策 法规及管理方面的限制 本文 对屋顶温室生产潜力的评估有助于提高人们对城市 生产功能的认知 有助于促进相关规范 法律的制定 与建筑屋顶相似 城市道路 城市绿地 建筑立面等空 间均具备生产性再开发的条件 仅城市屋顶可实现 蔬菜自给率 在进行城市立体化再开发之后 城市在食品 能源等方面的自给程度将会大大增加 甚至能够实现部分资源的消耗量大于产出量 实现城 市由 消耗型 向 生产型 的转变 总之 通过建立屋顶温室典型模型 对天津既有 建筑 蔬菜 光伏复合生产潜力 进行定量研究 天津 市城区既有建筑屋顶可生产蔬菜 可生产电力 可实现天津城区 常住居民蔬菜自给率 生活电力自给率 增加屋顶温室管理就业岗位 万个 参考文献 张玉坤 郑婕 新精神 的召唤 当代城市与建筑的世纪转 型 建筑学报 诺伯特 费什 托马斯 威尔肯 产能 建筑和街区作为可再生能 量来源 祝泮瑜 译 北京 清华大学出版社 马运凤 集成屋顶农业的兼农循环住宅构建研究 济南 山东 建筑大学 李天来 日光温室蔬菜栽培理论与实践 北京 中国农业出版 社 白义奎 王铁良 佟国红 等 东北型节能日光温室 辽沈 型 日光温室节能设计试验研究 节能技术 佟国红 李永奎 孟少春 等 利用动态规划设计温室前屋面最佳 形状的研究 沈阳农业大学学报 周长吉 温室工程设计手册 北京 中国农业出版社 柴江权 夏明建 光伏温室发展前景广阔 长江蔬菜 刘立功 赵连法 刘超 等 光伏太阳能温室的特点及应用前 景 中国蔬菜 赵雪 邹志荣 光伏日光温室冬季发电效果初探 西北农林科 技大学学报 自然科学版 董微 周增产 刘文玺 等 光伏温室室内外环境条件对比 农 业工程 宫盛男 张玉坤 张睿 等 基于打破 空间互斥性 假设的既有城 市生态足迹分析研究 城市发展研究 下转第 页 王洪瑞 等 节能监管平台在高校用水管理中的应用 比情况 该食堂正常每日用水量约 夜间正常用 水量基本为 该漏水点的发现和处理 每天可以减 少水资源浪费 以上 每年可减少水资源浪费 以上 图 某食堂两天的每小时用水量对比图 地下漏水点大多位置隐蔽 水流向不易发觉 依 靠传统的人工抄表和检查工作极难发现 自动化 精 细化的节能监管平台的建立使得用水异常可及时有 效地得到监测 有效 高效地利用节能监管平台 可大 大减少水资源浪费 真正发挥系统节能减排的效用 为社会和国家的水资源节约提供切实助力 结语 高校建筑仍存在很大节能潜力 节能监管平 台系统为高校能源管理提供了科学化 可视化的高校 能源管理工具 通过该平台系统的运行 管理人员可 发现校园长期存在的能耗症结 并有针对性的改善用 能情况 以此形成良性循环 本文提出的利用节能监 管平台对用水管理的新思路 可广泛有效地用于地下 漏水发掘和处理 此外 节能监管平台的建成 也推 动了学校后勤信息化建设 打破了传统的依赖人工和 经验管理能源的状况 参考文献 张平 国外水资源管理实践及对我国的借鉴 治淮 谭洪卫 徐钰琳 胡承益 等 全球气候变化应对与我国高校校园建 筑节能监管 建筑热能通风空调 赫娜 程铭远 陈石 节约型校园节能监管平台的建设与应用 建筑节能 高彪 谭洪卫 宋亚超 高校校园建筑用能现状及存在问题分 析 以长三角地区某综合型大学为例 建筑节能 纪建英 王军 光电直读式远传水表及集中抄表系统 中国计 量 王曼伊 王志强 周霞 等 基于能耗监管平台的某高校宿舍用能调 查分析 建筑节能 作者简介 王洪瑞 男 山东新泰人 控制工程专业 硕士 主 要从事节能技术和智能控制技术研究 上接第 页 张华 王立雄 李卓 城市建筑屋顶光伏利用潜力评估方法及其应 用 城市问题 黄经南 李丹哲 许琴 我国大城市的食物里程及对规划的启 示 以武汉市为例 国际城市规划 孟建民 迎接城市农业化革命 中国建设报 王卓然 罗杰威 陈阳 城市建筑屋顶改造与再利用探析 建筑 节能 朱胜萱 高宁 屋顶农场的意义及实践以上海 天空菜园 系列为 例 风景园林 魏晓明 周长吉 丁小明 等 光伏发电温室的现状及技术前景研 究 中国农业工程学会 年学术年会论文集 重庆 中国农业 工程学会 年学术年会 作者简介 穆大伟 男 内蒙古赤峰人 毕业于天津大学 建筑 设计及其理论专业 博士研究生 副教授 主要从事都市农业及生产性 建筑研究 通讯作者 张玉坤 男 天津人 博士 教授 博导 主要从事都 市农业及生产性城市研究