荷兰温室环境调控技术进展_杨其长.pdf

8 GREENHOUSE HORTICULTURE 行业视点 荷 兰 温 室 环 境 调 控 技 术 进 展 杨其长 环 境 调 控 技 术 是 温 室 工 程 的 核 心 是 温 室 周 年 生 产 的 基 础 保 障 和 获 取 高 产 稳 产 的 重 要 手 段 2 0 世 纪 6 0 年 代 初 随 着 荷 兰 温 室 技 术 的 快 速 发 展 环 境 调 控 技 术 陆 续 得 到 应 用 与 推 广 首 先 是 采 暖 系 统 率 先 引 入 温 室 的 冬 季 增 温 使 用 的 燃 料 由 最 初 的 煤 炭 逐 渐 升 级 到 油 和 天 然 气 随 后 CO 2 施 肥 技 术 开 始 在 温 室 生 产 中 推 广 使 用 6 0 年 代 中 期 第 一 个 温 室 模 拟 气 候 控 制 系 统 问 世 虽 然 当 时 仅 能 控 制 加 热 和 通 风 机 构 但 为 后 来 的 计 算 机 控 制 系 统 奠 定 了 基 础 此 后 温 室 补 光 通 风 开 窗 机 构 天 沟 保 温 等 光 温 调 节 技 术 相 继 得 到 开 发 应 用 8 0 年 代 初 可 移 动 式 保 温 幕 开 始 推 广 应 用 为 温 室 冬 季 夜 晚 的 保 温 提 供 了 重 要 保 障 4 0 多 年 来 随 着 温 室 环 境 调 控 技 术 的 广 泛 应 用 荷 兰 温 室 作 物 产 量 也 得 到 了 大 幅 度 的 提 升 仅 以 西 红 柿 玫 瑰 为 例 2 0 0 4 年 的 产 量 达 到 了 5 2 5Kg m 2 和 3 4 0 枝 m 2 分 别 是 1 9 5 0 年 的 6 8 倍 和 3 1 倍 环 境 调 控 技 术 的 发 展 是这一成就的主要因素之一 荷兰温室环境调控的重点主要包括温度 CO 2 以及光照的调节 与控制等 温室温度调节与控制 荷 兰 属 典 型 的 温 带 海 洋 性 气 候 冬 季 温 和 1 月 份 月 平 均 气 温 2 2 夏 季 凉 爽 7 月 份 月 平 均 气 温 1 6 8 极 端 高 温 一 般 在 3 0 以 下 因 此 荷 兰 温 室 温 度 调 节 的 重 点 主 要 是 冬 春 季 节 的 增 温 夏季的降温一般采用自然通风 遮阳调节即可 温室的增温技术 温 室 增 温 是 荷 兰 温 室 环 境 调 节 的 重 点 目 前 主 要 有 两 种 方 式 一 种 是 采 用 燃 气 油 锅 炉 的 热 水 采 暖 另 一 种 是 直 接 燃 气 油 加温的热风采暖 热 水 采 暖 通 过 燃 气 油 锅 炉 将 水 温 升 至 7 0 9 0 然 后 经 配 管 和 室 内 散 热 器 自 然 放 热 达 到 增 温 的 目 的 由 于 水 热 容 量 大 热 稳 定 性 好 目 前 荷 兰 的 大 型 温 室 主 要 采 用 这 种 采 暖 方 式 为 了 回 收 锅 炉 烟 气 余 热 荷 兰 温 室 锅 炉 的 烟 筒 普 遍 还 装 有 余 热 回 收 系 统 图 1 使 烟 气 温 度 由 2 0 0 左 右 降 低 到 3 5 4 0 热 回 收 效 率 可 达 8 0 以 上 同 时 温 室 锅 炉 加 温 系 统 中 还 装 有 热 水 贮 藏 罐 和 余 热 发 电 装 置 图 2 主 要 用 于 温 室 在 不 需 要 加 温 的 季 节 或 白 天 使 用 锅 炉 燃 烧 获 取CO 2 时 将 多 余 的 热 量 以 热 水 的 形 式 贮 藏 于 贮 热 罐 或 直 接 进 行 发 电 热 水 可 用 于 夜 间 的 加 温 使 用 所 产 生 的 电 能 既 可 供 自 己 使 用 也 可 并 网 销 售 热 能 的 多 次 利 用 大 大 节 约了能源和运行成本 热 水 采 暖 室 内 散 热 器 的 布 置 方 式 图 3 因 种 植 的 作 物 和 栽 培 方 式 的 不 同 而 不 同 一 般 有 轨 道 式 栽 培 床 下 散 热 冠 层 加 热 和 地面加热等几种散热形式 图 1 锅炉烟气余热回收原理及其装置 图 2 锅炉热水贮藏罐和余热发电装置 左 热水贮藏罐 右 发电机组 图 4 燃气式热风采暖装置及其在温室的分布方式 图 3 热水采暖系统的主要散热方式 轨道式 栽培床下散热 冠层加热 地面加热 GREENHOUSE HORTICULTURE 9 热 风 采 暖 直 接 将 燃 烧 的 热 空 气 吹 入 温 室 或 通 过 强 制 热 交 换 器 加 热 空 气 送 入 温 室 的 采 暖 方 式 图 4 这 种 加 热 方 式 预 热 时 间 短 升 温 快 不 用 配 管 和 散 热 器 配 置 安 装 灵 活 简 便 但 温 度 稳 定 性 差 运 行 费 用 较 高 在 荷 兰 主 要 用 于 大 型 温 室 的 辅 助 加 温或临时增温使用 这种加温方式还可临时增加温室的CO 2 浓度 近 年 来 荷 兰 推 出 了 一 种 新 型 管 道 式 热 风 采 暖 系 统 图 5 该 系 统 由 两 部 分 组 成 一 部 分 为 带 有 热 回 收 装 置 的 空 气 加 热 系 统 另 一 部 分 为 带 孔 塑 料 管 道 均 匀 送 风 装 置 室 内 排 出 的 空 气 首 先 经 过 热 回 收 和 冷 凝 装 置 预 热 进 入 室 内 的 空 气 同 时 利 用 室 内 外 空 气 的 温 差 使 室 内 的 高 湿 空 气 产 生 冷 凝 水 贮 藏 起 来 用 于 灌 溉 室 外 空 气 经 过 预 热 后 通 过 风 机 进 入 换 热 器 加 热 最 后 进 入 带 孔 塑 料 管 道 将 加 热 好 的 空 气 送 入 作 物 栽 培 区 域 由 于 该 系 统 具 有 预 热 水 气 回 收 功 能 送 风 均 匀 被 认 为 是 一 种 极 有 推 广 前 景的采暖形式 温室的降温技术 由 于 荷 兰 夏 季 气 候 凉 爽 极 端 温 度 低 于 3 0 因 此 温 室 对 降 温 的 要 求 显 得 不 像 增 温 那 样 迫 切 荷 兰 温 室 的 降 温 一 般 采 取 两 种 方 式 一 是 外 覆 盖 玻 璃 上 喷 洒 白 色 涂 层 技 术 通 过 在 外 覆 盖 表 面 上 喷 洒 一 层 白 色 涂 料 以 减 少 夏 季 的 太 阳 辐 射 进 而 达 到 降 温 的 目 的 秋 冬 季 节 通 过 清 洗 可 全 部 去 除 外 涂 层 保 证 冬 季 采 光 需 求 另 一 种 就 是 通 过 开 启 顶 部 的 通 风 窗 进 行 自 然 通 风 的 方 式 图 6 降 低 温 室 的 温 度 通 风 窗 口 的 数 量 尺 寸 传 动 方 式 以 及 开 启 的 角 度 等 都 对 温 室 的 气 候 控 制 产 生 重 要 影 响 目 前 荷 兰 已 经 开 发 出 一 整 套 的 模 拟 计 算 方 法 通 过 控 制 开窗的各个参数 实现温度的自动控制 温室 CO 2 施肥技术 由 于 荷 兰 温 室 主 要 采 用 无 土 栽 培 CO 2 不 会 从 土 壤 中 获 得 因 此 CO 2 施 肥 对 作 物 增 产 具 有 不 可 替 代 的 作 用 从 1 9 6 0 年 开 始 CO 2 施 肥 技 术 开 始 在 温 室 使 用 作 物 产 量 也 得 到 了 大 幅 度 的 提 升 经 过 多 年 的研 究 图 7 他 们认 为 当 温 室CO 2 浓 度 从 3 5 0 L L 增 加 到 4 5 0 L L 时 可 实 现 增 产 1 2 而 从 1 0 0 0 L L 增 加 到 1 1 0 0 L L 时 仅 可 增 产1 5 而CO 2 增 施 的 费 用 却 大 幅 度 提 升 因此 荷 兰 温 室CO 2 最 经 济 的 控 制 浓 度 一 般 设 定 在 4 5 0 5 0 0 L L 这 一 点 与 我 们 通 常 宣 传 的CO 2 浓 度 应 控 制 在 8 0 0 1 8 0 0 L L 有 很 大 出 入 我 们 应该借鉴这一经济有效的控制思路 温 室 增 施CO 2 主 要 通 过 燃 烧 法 获 取 一 般 1m 3 天 然 气 可 以 产 生 1 8 4KgCO 2 和 1 3 1Kg 的 水 蒸 气 天 然 气 在 锅 炉 燃 烧 后 产 生 的 烟 气 一 部 分 排 出 室 外 另 一 部 分 由 引 风 机 引 出 经 过CO 检 测 合 格 后 即 可 直 接 通 过 带 孔 塑 料 管 道 送 入 温 室 进 行CO 2 的 增 施 图 8 温室光照的调节与控制 由 于 荷 兰 纬 度 较 高 N 5 1 5 4 全 年 光 照 严 重 不 足 历 年 平 均 日 照 时 数 仅 为 1 4 8h 冬 至 前 后 白 天 的 最 短 日 照 时 数 仅 为 5 6h 因 此 荷 兰 温 室 普 遍 需 要 补 光 一 般 需 要 补 充 光 强 达 8 0 0 0 1 6 0 0 0Lx 目 前 荷 兰 温 室 的 光 照 调 节 与 控 制 一 方 面 采 取 一 切 措 施 尽 可 能 提 高 温 室 的 采 光 性 能 如 普 遍 使 用 大 块 玻 璃 2 0m 1 7m 覆 盖 以 减 少 骨 架 遮 光 开 发 出 了 温 室 屋 顶 清 洗 机 械 装 置 定 期 清 洗 屋 顶 灰 尘 增 加 温 室 透 光 开 发 新 型 覆 盖 材 料 如zigzag 等 利 用 反 射 光 的 二 次 利 用 透 光 率 可 达 8 9 9 5 另 一 方 面 采 取 人 工 光 源 进 行 补 光 图 9 近 年 来 荷 兰 温 室 的 人 工 光 源 补 光 呈 现 出 以 下 几 个 特 点 补 光 灯 具 越 来 越 小 尽 可 能 减 少 遮 光 面 积 补 光 灯 具 一 般 安 装 在 桁 架 以 下 部 位 宽 度 几 乎 与 桁 架 同 宽 实 现 灯 具 的 可 移 动 性 尽 可 能 增 加 辐 射 面 积 荷 兰 温 室 环 境 调 控 技 术 有 其 自 身 的 特 色 也 非 常 有 效 但 这 些 技 术 是 与 当 地 的 气 候 条 件 和 经 济 水 平 紧 密 相 连 的 有 些 技 术 值 得 我 们 借 鉴 中 国 的 气 候 类 型 多 样 我 们 必 须 针 对 中 国 温 室 的 特 点 和 现 有 的 经 济 水 平 研 究 适 宜 的 环 境 调 控 技 术 以 满 足 我 国 温 室高效生产对温室环境的需求 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 100081 图 5 管道式热风采暖系统 图 6 Venlo 型温室的开窗机构 图 7 CO 2 增施后增产效果与费用的比较 图 8 燃烧法获取 CO 2 原理及释放方式 图 9 荷兰温室补光设施及其灯具布置