种植大棚太阳能采暖设计应用探索

珠海兴业新能源科技有限公司/董汉军

　　摘要：太阳辐射能作为一种可再生能源，以其储量丰富且无污染性显示了其独特的优势;我国大部分地区位于北纬45度以南，具有丰富的太阳能资源，在高效农科园种植技术与绿色生态发展于一体的创新型农业产业进程中，尤其是在寒温带地区高原气候，冬季长，环境气温低，热源匮乏的问题一直困扰农科园建设前进的步伐，基于开发新能源和利用太阳能采暖应用技术，很好地解决了多种热源恒温的技术问题，建设绿色生态农业，充分体现了可持续发展的理念。本文针对四川甘孜州打造川藏高原生态特色农产品基地，置入多种太阳能供热采暖实施技术，满足项目的运行使用要求。下面重点探讨四川甘孜农业科技园D3种植大棚、利用太阳能供热采暖和生物能锅炉互补设计的应用与研究，对种植大棚温室使用太阳能供热采暖设计，具有一定的指导意义。

　　1前言

　　当前，我国农业的发展已进入了全新的历史时期。随着经济的发展，我国农业生产方式逐步由传统型向现代集约型方向过渡，作为现代集约型农业示范窗口的农业科技园区应运而生，并呈现快速发展的势头。

　　特别是太阳能光热在农业种植大棚科技利用与实践项目，是观光农业与生态农业有机结合的产物，是集太阳能供热采暖、农业观光、农业作物、农业技术、园林景观及农业文化发展于一体的创新型农业产业。项目的实施建设将推动绿色农业生产，生态农业种植大棚和太阳能供热采暖的双向受益，形成生态农业产业链，是推广使用太阳能供热采暖的关键和发展方向。各地都在遵循“积极稳妥、因地制宜、安全可靠、经济实用”的绿色生态工作原则，实现太阳能采暖系统与建筑相结合；随着国民经济的增长、人们消费结构的升级，特别是太阳能的利用技术快速发展，对生态能源、绿色农业、经济资源的需求将更加迫切。

　　2工程概况

　　2.1项目地理位置

　　甘孜藏族自治州，位于四川省最西部，青藏高原东南边缘，是我国云贵高原和四川盆地之间的过渡地带，海拔2800米以上，由西北向东南倾斜、全区高原辽阔，山脉绵延，峡谷深邃，构成复杂的地貌景观；气候属高原亚温带亚湿润季风气候，复杂多样，地域差异显著，气温低，冬季长，无霜期短，气温随地势呈明显的垂直分布：年均气温10℃~21℃；无霜期180天以上；降水较少，旱雨季分明；光照强度大，太阳能辐照量6168.5MJ/m2·a，平均年日照在2000~2600小时之间、平均每天日照在6.5小时以上，属于太阳资源非常丰富的地区。

　　当地除了出产有色金属矿产以外，名贵中药材有天麻、虫草、藏红花、虫草菌、贝母、当归、黄芪等，均是高附加值的经济作物。甘孜农科园D3种植大棚气候环境如图1所示。中药村苗圃如图2所示。

　　甘孜农业科技园D3种植大棚（是基地6个种植大棚其中之一），窄长型，面南背北建设，建筑占地面积980m2，砖混整体墙围护建筑，钢结构支架梁。是代表性的“川藏高原生态特色农产品基地”，主要培育和种植道地中藏药材，高山灵芝，铁皮石斛，冬虫夏草菌，生态食用菌，绿色蔬菜瓜果等，高附加值的农作物和药材。甘孜农科园D3种植大棚地质如图3所示。

　　2.2历史、现状及实施目的

　　甘孜农业科技园D3种植大棚，东西方向是高山，山顶常年有7个月的积雪，昼夜温差大，天气寒冷，农作物不能正常生长；温室种植大棚的建设，利用当地藏药材的生长习性，地理环境和丰富的太阳能资源，主要是解决好温室种植大棚恒温的技术问题，成规模化种植高附加值的农作物，产出比例丰厚，增加经济收入。农业科技园D3种植大棚技术策略如图4所示。

　　2.3主要技术措施

　　基于甘孜农业科技园D3种植大棚的地理条件，及农科部门的技术要求，经过对项目的地理环境勘测，技术评估和论证，利用项目地区太阳能年平均辐照6.5小时丰富的自然资源，在热源恒温技术措施方面，优先考虑使用太阳能，具有节能环保的突出优点，另外采用生物质能锅炉辅助。建设的种植大棚采用多种技术措施集热，最大限度地采集太阳能的热源进行储存，满足种植大棚的恒温采暖要求。

　　2.4太阳能采暖主要指标

　　2.4.1太阳能热水系统

　　太阳能热水系统具有集热、储热和放热功能，白天吸收太阳的热能，晚上释放热能满足种植大棚的恒温要求；如遇极端冷冻天气，使用排空防冻或者循环防冻，确保设备安全；冷水脱钙与软化处理，项目地点为典型的卡斯特地貌区，水资源含矿物质及钙质均大于360mg/L，在冷水入口需要安装软化处理仪，避免太阳能集热器内部结垢；系统全自动运行，其运行数据可以依据种植大棚的技术要求进行设定。甘孜农科园D3种植大棚实景如图5所示。

　　2.4.5种植大棚热湿环境调整系统

　　根据WBGT指数调整热湿环境的模式，通过进出风口的调节，热源输入量的大小调节，相对湿度35~55%。达到满足种植大棚热湿环境的要求。

　　3太阳能采暖的设计与技术

　　3.1围护建筑的结构组成

　　建设在高原寒温带的温室种植大棚，利用太阳能采暖的技术要求，主要是解决好围护建筑、墙体保温、棚内保温，减少热源损失及热源的采集和储存技术。

　　温室种植大棚采用砖混结构支撑墙体、依据《外墙外保温工程技术规程》进行保温墙体施工，平均传热系数为1.2W（m2·K）；

　　双层中空low-e 玻璃及太阳能空气吸热器的锚固和安装（斜面12米跨度），钢梁支架采用Q345E方通□80×80×δ3材料，用幕墙玻璃胶S750耐候胶密封，按照玻璃幕墙工程技术规范标准进行施工。

　　3.2太阳能制热采暖利用技术的实施

　　种植大棚的室内恒温热源，由太阳能采暖系统提供40%，双层中空玻璃项目和太阳能空气吸热器系统，分别提供45%和15%。白天系统吸收太阳的热能并将其储存和直接释放，晚上主要是通过风机盘管和地热盘管释放储存水箱的热源，满足温室种植大棚的热量需要；系统设计平均日制热量为1660MJ/d，供热方法、供热时间、供热温度可以按照需求任意设置，系统自动运行。如遇连续阴雨天气或者冬天极端低温天气，如果太阳辐射能不足，其热源不足的部分由生物质锅炉提供补偿。采暖系统运行原理如图9所示。

　　双层中空low-e玻璃的安装，本项目采用明装工艺进行的施工，使用金属压码固定和锚固，充填工艺缝，再用幕墙专用胶S750耐候胶密封，严格按照《玻璃幕墙工程技术规范》标准进行铺设、安装、施工、验收。

　　4项目运行概况

　　4.1太阳能采暖系统主要技术指标

　　甘孜农业科技园D3种植大棚太阳能采暖综合系统实施项目，使用多个采暖单元技术措施实现，项目建设竣工运行使用后，通过设计规划方案数据参考及后期的现场调试运行，数据采集和验证对比，其主要的技术指标如表1所示。

　　4.3太阳能采暖系统工况

　　建成后的四川甘孜川藏高原生态农业科技园D3种植大棚供热和采暖系统，由于参与了该项目前期阶段的同步论证、同步规划，施工图设计等工作，非常熟悉和了解对后期的施工建设与管理有先导和促进作用；本项目供热和采暖主要有三种形式，即太阳热辐射、热风系统和热水供热采暖系统；育苗种植土壤使用盘管管道作为散热面，向种植土壤或者室内提供热量。

　　系统依据育苗品种不同，生长期不同，在不同的季节，单位平方米输入热量也不同，种植土壤一般以8W~26W/（m2·K）输入，室内一般以25W~65W/（m2·K）输入，相对湿度保持在40%~75%，并且由当地专业农技师，提供的农作物培育数据进行操作和控制。

　　D3种植大棚太阳能采暖项目，2013年上半年建设完成，目前已经运行和使用两个冬季，历时两年半，其中出现两次故障影响运行使用外，（第一次是业主方错误设置运行参数，导致指令信号重叠不工作；第二次是信号采集短路故障），其它均能按需供应热源，正常运行。

　　本项目对多种太阳能供热采暖系统进行了比较分析、研究对比，虽然维持指定室温的供热系统所需能耗不一样，但散热方式的差异使得采用热水供热系统与热风系统时，整个温室的温度场更加均匀，相对于热源，热风系统能在更大程度上影响室内湿度的变化，因此，在温室多种供热设计中，应根据不同作物类型以及室内环境的设计要求等因素，在多种供热方式中加以选择。

　　5结语

　　本文综述了多能源互补采暖技术，建设现代农业科技种植园的绿色环保项目，经过模块化整合，使用多种措施利用太阳辐射热能为热源进行采暖，推广太阳能利用技术，对太阳能供热采暖实施的发展前景，进行了探讨和展望。

　　结合工程实例应该注意太阳能应用技术是一项综合整合工作，尤其是边远山区，交通不方便的建设项目，进行模块化设计与实施，需要整合资源，因地制宜，其目的是节约运作成本。

　　对建设项目进行客观评估，特别是高投入、高产出、高收益的建筑项目，良好的技术措施是建设优质项目的基础。边远地区的太阳能利用建设项目，风险大困难多，需要有硬性的技术实力、公司实力和资金流，市场服务网络作为支撑和后盾。