上海崇明地区半封闭温室的节能分析_王芳.pdf

建 筑 工 程 DOI 10 16767 ki 10 1213 tu 2021 07 080 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 摘 要 随 着 现 代 设 施 农 业 的 引 进 国 内 设 施 农 业 生 产 向 产 业 化 规 模 化 方 向 发 展 有 必 要 对 半 封 闭 温 室 节 能 设 计 进 行 研 究 荷 兰 半 封 闭 温 室 是 由 荷 兰 顶 尖 的 设 施 农 业 企 业 研 发 的 新 型 温 室 由 传 统 温 室 发 展 而 来 克 服 了 传 统 温 室 的 许 多 缺 陷 在 诸 多 方 面 带 来 明 显 的 提 高 荷 兰 半 封 闭 温 室 是 目 前 世 界 领 先 的 大 规 模 生 产 型 温 室 与 传 统 温 室 相 比 具 有 高 可 控 性 高 均 匀 性 低 通 风 率 正 压 节 能 高 效 的 特 点 为 此 本 次 以 上 海 崇 明 区 某 园 区 半封闭温室为例 探讨半封闭温室的节能分析 关键词 半封闭温室 节能 制冷系统 储能技术 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 187296m 2 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 生 产 温 室 区 1 2 3 4 总计 作物总产量 温室区域 A 1 A 2 B 1 B 2 C D E 作物品种 甜椒 迷你番茄 鸡尾酒番茄 鸡尾酒番茄 黄瓜 育苗 生菜 面积 m 2 28080 28080 28080 28080 23712 14976 36288 187296 1 46 万吨 种植模式 悬挂无土栽培 悬挂无土栽培 悬挂无土栽培 悬挂无土栽培 悬挂无土栽培 移动苗床育苗 MGS 全自动浅液流 水培系统 全自动种 植槽移动水培系统 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 9950 RF W 遮 阳 率 99 节 能 率 50 密 封 兜 采 用 品 牌 OBSCU RA 9950 RF 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 165绿色环保建材 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 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 发 光 效 率 高 单 色 性 好 绿 色 环 保 方 面 对 环 境 污 染 节 能 省 电 相 当 于 高 压 钠 灯 节 电 达 到 80 以 上 灵 活 性 强 因 其 体 积 小 可 根 据 需 要 进 行 不 同 组 合 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 51 tce 当 量 值 单 位 面积综合能耗按下式计算 单位面积综合能耗 年综合能耗 生产温室面积 4974 51tce 187296 m 2 26 56kgce m 2 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 m 2 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 参考文献 1 李 明 亮 北 京 药 用 植 物 园 本 草 生 态 温 室 节 能 设 计 J 设 计 与研究 2017 2 周 增 产 赵 静 李 秀 刚 卜 云 龙 张 江 峰 兰 立 波 半 封 闭 温 室 设计与应用 J 北方园艺 2019 6 69 76 3 丁 小 涛 金 海 军 杨 少 军 何 立 中 余 纪 柱 周 强 半 封 闭 温 室 夏 季 降 温 及 黄 瓜 光 合 特 性 的 研 究 J 上 海 农 业 学 报 2018 4 58 64 166