一、溫室綠色能源技術(shù)
（一）節(jié)能日光溫室
節(jié)能日光溫室是主要依靠太陽能在完全不加溫或少加溫的條件下在我國北方地區(qū)進(jìn)行冬季越冬蔬菜生產(chǎn)的溫室建筑，是典型的綠色建筑。根據(jù)接受太陽能轉(zhuǎn)換熱量及其儲(chǔ)放熱形式不同可將節(jié)能日光溫室分為被動(dòng)儲(chǔ)放熱日光溫室和主動(dòng)儲(chǔ)放熱日光溫室。從技術(shù)發(fā)展傳承講，主動(dòng)儲(chǔ)放熱日光溫室是在被動(dòng)儲(chǔ)放熱日光溫室原理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來；從未來發(fā)展趨勢看，由于受建設(shè)成本及國家土地政策的限制，以大厚土石墻為儲(chǔ)放熱載體的被動(dòng)儲(chǔ)放熱將會(huì)在很多地區(qū)被主動(dòng)儲(chǔ)放熱的柔性溫室或者輕型組裝式溫室代替。
1、被動(dòng)儲(chǔ)放熱溫室
（1）原理
被動(dòng)儲(chǔ)放熱的原理是以后墻和土壤為蓄熱體，白天后墻內(nèi)表面、土壤持續(xù)被動(dòng)吸收太陽輻射，將熱量蓄積；夜晚室內(nèi)氣溫下降時(shí)，蓄積的熱量在墻體和土壤表面溫度與室內(nèi)空氣溫度之間的溫差驅(qū)動(dòng)下逐漸釋放到室內(nèi)，彌補(bǔ)溫室結(jié)構(gòu)的散熱，保持室內(nèi)作物適宜的生長溫度。
被動(dòng)儲(chǔ)放熱的墻體和地面，每天儲(chǔ)存和釋放的熱量無法人為控制。
（2）被動(dòng)蓄熱墻體
基于儲(chǔ)放熱原理，設(shè)計(jì)開發(fā)的溫室后墻主要有土墻、磚墻和石墻。典型的土墻溫室包括山東壽光下挖式結(jié)構(gòu)機(jī)打土墻溫室（圖2上排左）、干打壘土墻溫室（圖2上排中）；石墻溫室主要在西北地區(qū)，尤其是戈壁攤石頭比較多的地方使用較多（圖2上排右）；磚墻溫室也有多種形式，從材料分有黏土紅機(jī)磚、灰砂磚、空心磚等，從建筑構(gòu)造分有全磚墻、夾心磚墻以及內(nèi)層磚墻外層保溫的雙層負(fù)荷墻等（圖2下排）。被動(dòng)儲(chǔ)放熱溫室一般墻面放熱很快，等到凌晨的時(shí)候白天儲(chǔ)蓄的熱量已經(jīng)基本消耗殆盡。
2、主動(dòng)儲(chǔ)放熱溫室
（1）原理
為了更好控制溫室內(nèi)儲(chǔ)熱及放熱時(shí)間而發(fā)明了主動(dòng)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)。主動(dòng)儲(chǔ)放熱原理為儲(chǔ)熱介質(zhì)（水、空氣或其他介質(zhì)）白天吸收照射到溫室后墻面的太陽輻射和室內(nèi)高溫?zé)崃?，將熱量蓄積在蓄熱裝置內(nèi)；夜晚將蓄熱裝置內(nèi)熱量提取并釋放到溫室，維持室內(nèi)溫度。
所謂主動(dòng)儲(chǔ)放熱，即可以人為控制開始儲(chǔ)熱時(shí)間、開始放熱時(shí)間。一般情況下，我們希望早晨溫室內(nèi)溫度能快速上升至25-26℃，然后再開始啟動(dòng)水泵來儲(chǔ)熱；到了夜晚溫度下降時(shí)也不會(huì)立即將熱量放出，而是等到溫度降到14-15℃時(shí)再開始加溫，這樣儲(chǔ)蓄的能量能夠一直延續(xù)用到第二天早晨，解決了在最臨界的低溫期能夠保證溫室作物的溫度需求。
（2）主動(dòng)儲(chǔ)放熱熱媒
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水媒體
怎么把水放到后墻上面來蓄熱呢？水儲(chǔ)熱的基本模式：一是橫鋪或豎鋪水管法，最早是將水管橫鋪或豎鋪在后墻表面，靠水管加熱供熱；二是水管吸熱板，用集成了很多小水管的吸熱板，小水管內(nèi)是水循環(huán)，兩個(gè)水管之間的連接板本身也能傳熱，所以這種吸熱板的吸熱量比水管的吸熱量多且成本相對較高；三是整體吸熱板，每一個(gè)板塊形成一個(gè)蓄熱體，水在這一個(gè)平面板塊內(nèi)運(yùn)行；四是塑料水箱，水箱裝水，可以通過太陽輻射直接照射水箱以提高水溫；五是吸熱膜，可以在吸熱膜后面用水循環(huán)或者直接在吸熱膜的表面噴水來吸熱。
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空氣媒體
采用墻體儲(chǔ)放熱。將溫室內(nèi)熱空氣儲(chǔ)存到后墻的墻體里，空氣在后墻內(nèi)循環(huán)，儲(chǔ)存熱量的方式有兩種：一種是空氣沿溫室墻體的長度方向循環(huán)，從一端進(jìn)熱空氣，從另一端出冷空氣；另一種就是沿溫室墻體的高度方向循環(huán)，白天熱空氣上升，從后墻的上部孔進(jìn)入墻體，然后降溫以后從下部孔流出，到了晚上冷空氣從下部孔進(jìn)入，把熱空氣從上部孔擠出。這兩種方式實(shí)現(xiàn)了墻體的儲(chǔ)放熱。
采用地面土壤儲(chǔ)放熱。地面的土壤實(shí)際上是一個(gè)大的蓄熱體，怎么能把熱量儲(chǔ)存在土壤呢？一種形式是采用風(fēng)管，將風(fēng)管埋到土壤里，通過風(fēng)機(jī)把室內(nèi)的熱空氣抽送到管道，在管道內(nèi)流動(dòng)與土壤進(jìn)行熱量交換冷卻降溫后排出管道再次進(jìn)入室內(nèi)，在向地面土壤儲(chǔ)存熱量的同時(shí)也降低了溫室內(nèi)空氣溫度。這樣通過土壤和空氣之間形成的大循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)把空氣中的熱量輸送到土壤中。土壤中管道的布置方式有兩種：一種是管道沿溫室長度方向布置，另一種是沿溫室跨度方向布置。
3、溫室內(nèi)保溫技術(shù)
日光溫室內(nèi)保溫就是將原來的外保溫被移置到溫室內(nèi)，可以保留外保溫被，也可以完全更替外保溫被，由此可形成雙膜雙被、雙膜單被、單膜雙被等多種保溫結(jié)構(gòu)。內(nèi)保溫與外保溫之間形成的雙層結(jié)構(gòu)本身也形成了一個(gè)隔熱層，可進(jìn)一步提高溫室的保溫性能。保溫被內(nèi)置還可避免保溫被受室外雨雪等惡劣環(huán)境影響，降低對材料的要求，并能提高使用壽命。但是這種保溫結(jié)構(gòu)存在支架遮光和成本較高的缺點(diǎn)。
解決支架遮光的一種措施是采用拉幕系統(tǒng)，通過托壓幕線托起保溫被，用拉幕的方式替代卷被方式驅(qū)動(dòng)保溫被卷放。這種系統(tǒng)造價(jià)較雙層結(jié)構(gòu)支架低且對溫室的采光影響更少。
在零下30℃左右的高寒地區(qū)，采用下圖這種雙膜雙被的保溫形式（在室外和室內(nèi)各有保溫被，再加上兩層薄薄和主動(dòng)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)）可以滿足冬季蔬菜越冬生產(chǎn)，節(jié)能效果更加顯著。
（二）光能利用技術(shù)
1、光伏
在日光溫室的后屋面上建設(shè)的固定光伏板，既不影響溫室里的植物生長，還可以用來光伏發(fā)電，發(fā)電可以用于溫室作物生產(chǎn)，也可以并網(wǎng)使用；為了提高光伏板的集能量，有的把固定的光伏板做成可以跟蹤太陽旋轉(zhuǎn)的光伏板，日光溫室上使用的較多；在連棟塑料溫室中也有把光伏板用立柱直接架設(shè)在屋面上或與屋面結(jié)合的。
2、光熱技術(shù)
在日光溫室中應(yīng)用的有水儲(chǔ)熱、平面集熱器、弧面單管集熱器等；在連棟溫室中可以利用空余的地方做集熱器，把熱水收集起來用于溫室內(nèi)加熱。也可以空氣為熱媒，將熱量儲(chǔ)放在地面土壤或墻體內(nèi)。
（三）風(fēng)能利用技術(shù)
在風(fēng)力比較大的地方，可以將所有的風(fēng)機(jī)葉片直接架在溫室屋頂，采用風(fēng)力發(fā)電的形式來解決溫室供電。
（四）地能利用技術(shù)
由于土壤在深層位置的溫度是相對恒定的，一般在冬季，用潛水泵抽取地下水（12℃）經(jīng)過熱泵機(jī)組蒸發(fā)器換熱后，溫度降低3℃，然后回灌到地下。熱泵機(jī)組冷凝器則產(chǎn)生60℃或50℃的熱水，通過循環(huán)水泵被輸送到末端的散熱器供暖。到了夏季，還可以利用熱泵把地下相對溫度比較低的水抽上來用于控制溫室降溫，來滿足溫室作物生產(chǎn)。
二、溫室節(jié)能低碳技術(shù)
（一）保溫節(jié)能
從保溫來講，首先是大棚和連棟溫室多重結(jié)構(gòu)保溫（雙膜雙被、雙膜單被等），利用多層架構(gòu)間形成的隔熱層以達(dá)到保溫效果。其次是大跨度內(nèi)外保溫塑料大棚，原來的塑料大棚冬季由于溫度太低沒法使用，在增加外保溫后的塑料大棚能實(shí)現(xiàn)冬季作物生產(chǎn)。還有一種是內(nèi)保溫，在溫室天溝位置增加水平的、可以收攏的保溫幕或者遮陽網(wǎng)，可以是一層或多層（層數(shù)越多保溫性能越好）。再有就是連棟溫室的側(cè)墻保溫，側(cè)墻本身散熱量很大，現(xiàn)在大多數(shù)溫室都配備了側(cè)墻的卷膜或者輕型保溫被來保溫；也可在側(cè)墻外采取緩沖走廊的形式（保溫走廊），走廊平時(shí)可以用作物流交通運(yùn)輸或者儲(chǔ)藏，到了冬季保溫走廊更多起到減少側(cè)墻散熱量的節(jié)能作用。最后還有一種是天溝保溫，采用空心天溝增加其熱阻，減少散熱。
（二）通風(fēng)節(jié)能
全開屋面溫室：夏季，全部屋面打開后，室內(nèi)風(fēng)機(jī)不再使用，此時(shí)室內(nèi)外溫度基本相同，室內(nèi)植物可以正常生長，這樣將降低夏季降溫能源消耗。
半封閉的溫室：其節(jié)能主要表現(xiàn)在窗戶很少，只有在適合與室外進(jìn)行氣體交換時(shí)才打開窗戶；當(dāng)不是適合時(shí)機(jī)時(shí)，溫室內(nèi)熱量都是采用內(nèi)循環(huán)的方式進(jìn)行，可以減少溫室供熱量。
（三）加溫節(jié)能
空間加溫改成局部加溫，在作物根部、地面或者溫室吊架下部安裝散熱器進(jìn)行溫室加溫。
（四）補(bǔ)光節(jié)能
采用LED燈，替代高壓鈉燈，可節(jié)省50%以上的能量。
（五）布局節(jié)能
從布局上來講，一是要連片布置，二是把輔助設(shè)施布置在整個(gè)園區(qū)的北側(cè)來減少冷風(fēng)侵襲。5~10hm2，甚至更大規(guī)模連棟溫室，與3000~5000m2相比消除了很多側(cè)墻和山墻，減少了立墻的散熱量，這是節(jié)能的一個(gè)主要措施。
三、熱氣聯(lián)供固碳技術(shù)
以前的鍋爐供暖是直接提取燃料中的熱量，燃燒的尾氣直接排入大氣，不僅造成大氣污染，而且也浪費(fèi)了寶貴的CO2氣源?，F(xiàn)在采用天然氣為燃料的鍋爐供暖，白天鍋爐運(yùn)行將煙氣用于溫室作物的CO2施肥，熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱罐中用于夜間供暖，可將燃料中的碳轉(zhuǎn)移并固定在作物中，實(shí)現(xiàn)減排和固碳雙收益，如果再將天然氣鍋爐連接發(fā)電設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對天然氣能量和物質(zhì)的全利用，從而實(shí)現(xiàn)了天然氣利用的零排放。
來源：本文根據(jù)“第十二屆中國縣域現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展高層會(huì)議”同期活動(dòng)：2022“一帶一路”國際設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展研討會(huì)發(fā)言嘉賓內(nèi)容整理。
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