被動式大棚

李文斌 王廣志 劉欣茹 賈恩燦 陳錦

摘 要：根據(jù)我國“十一五”規(guī)劃綱要中提出“節(jié)能減排”以及現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展，我們致力于創(chuàng)建集低碳、節(jié)能、環(huán)保、旅游于一身的新型高科技農業(yè)生態(tài)建設項目，這極大地促進了傳統(tǒng)農業(yè)向工業(yè)化農業(yè)的發(fā)展，也對地區(qū)的農業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用。本項目把被動式概念、光伏發(fā)電和農業(yè)大棚有機結合起來，提出了“被動式大棚”，即將被動式節(jié)能技術和光伏發(fā)電相結合和的新一代大棚，保溫蓄熱性好，采光充足，低能耗，高效益。

關鍵詞：節(jié)能減排;光伏發(fā)電;被動式節(jié)能技術;農業(yè)大棚

一直以來，中國都將農業(yè)發(fā)展擺在首位。經過不斷努力，這些年中國農業(yè)取得了不錯的成績，但卓越成績的背后埋藏著隱憂。我國農業(yè)的先天性缺陷愈來愈顯著?，F(xiàn)如今，農業(yè)生產狀況的根本問題在于絕大多數(shù)農民依然改變不了以天為食的情況。土地產出率低、資源利用率低、勞動生產率低、集約可持續(xù)發(fā)展進程緩慢、累積壓力大，使農業(yè)發(fā)展面臨前所未有的挑戰(zhàn)。為了進一步縮進與農業(yè)發(fā)達國家之間的差距，便要積極彌補當前農業(yè)發(fā)展過程中存在的不足，從而為我國農業(yè)的蓬勃發(fā)展提供更多的活力和保障。

一、被動式大棚的概述及價值分析

1.概述

被動式大棚主要指的是應用被動式節(jié)能技術和農業(yè)光伏大棚有機結合從而主動控制農作物的生長環(huán)境，使其在超低能耗、可持續(xù)發(fā)展、智能化的條件下實現(xiàn)全新的農作物生產模式。被動式大棚更是符合當前我國對氣候變化以及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的目的。我國雖然地域比較廣闊，但是，分布人口較多，因此人均資源比較匱乏，生態(tài)環(huán)境日益遭到破壞，更是需要建立被動式農業(yè)大棚來節(jié)約資源成本，并在此技術上為我國農業(yè)人員提供更為適宜農產品生長的環(huán)境。

2.價值分析

被動農業(yè)溫室是現(xiàn)代農業(yè)與清潔能源緊密結合的產品，是一種新型的土地綜合利用情勢。本項目節(jié)約用地，不轉變土地屬性，也可利用空間立體化，產生清潔電力，擴展可再生能源供應比例。應用熱回收裝置技術可以有效地實現(xiàn)新風和廢氣的互換。

二、被動式大棚

1.被動式大棚對比傳統(tǒng)大棚的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的大棚一般采用塑料薄膜覆蓋，容易產生塑料硬化、透明度降低。隨著時間的延長，導致棚內光照減弱，影響苗木的健壯生長。在冬季保溫蓄熱性差，一般滿足不了棚內植物生長所需的溫度，若采用其他方式和設備進行熱補償會損耗大量電能和化石燃料，增大了大棚的資金投入，效益減少。而被動式大棚采用光伏發(fā)電和被動式節(jié)能技術，在保證棚內植物有適宜的生長溫度、充足的采光的條件下，達到超低能耗、高效益的目的。

2.被動式節(jié)能技術用于農業(yè)大棚

被動式節(jié)能技術是不依賴外部能源而實現(xiàn)制定環(huán)境的通風、采光、降溫及取暖的新興技術，具有低能耗、零能耗甚至負能耗的特點。

被動式大棚充分利用現(xiàn)有的自然條件，使其最大限度的適應自然環(huán)境資源利用效益： 被動式節(jié)能技術的綜合性強，控制著周圍環(huán)境、空氣濕度、陽光的照射量等農產品生長所需的必備條件。因而，為了評價被動式節(jié)能技術對環(huán)境和環(huán)境自身的影響，不但要思量對能源消耗的直接影響，并且要考慮通過外部環(huán)境對被動式節(jié)能技術的間接效益。

在沒有供暖、制冷等建筑設備系統(tǒng)的情況下，通過有效利用太陽能量和周圍自然環(huán)境，可以實現(xiàn)冬夏舒適的建筑。

采納被動式超低能耗建筑設計中能量消耗參數(shù)及對建筑體形系數(shù)的控制，我們得出如下結論：

被動式節(jié)能建筑主要采用熱回收裝置和自動通風系統(tǒng)，實現(xiàn)冬季不冷、夏季不熱的室內舒適環(huán)境。被動式節(jié)能建筑年一次能源消耗量為60kWh/m2。

在相同的溫差標準下，總傳熱與修建圍護結構的表面積成正比。減少外圍護結構表面積不但能夠降低能耗，還節(jié)省了建造經費。

體型系數(shù)是常用的體型控制指標之一。它是一個重要的吸熱和散熱指標。通常用建筑面積與體積之比來表示。相同體積下，形狀系數(shù)越小，外墻面積越小，夏季輻射熱增量越小，冬季熱損失越小，節(jié)能意義越大。根據(jù)溫度導熱的路徑先經過外圍護結構，由外圍護結構向圍護結構內側滲透，再向室內滲透，得出通過圍護結構的傳熱量計算如下：

Q=K·A·（Ta -Ti）

Q：熱量

K：圍護結構的傳熱系數(shù)

A：建筑的體形系數(shù)

Ta -Ti：圍護結構內外的溫差

3.光伏發(fā)電技術用于農業(yè)大棚

被動溫室產生的太陽能光伏發(fā)電可用于溫室灌溉系統(tǒng)，為植物彌補光照，滿足溫室冬天供暖需求。它既能有效降低電耗成本，又能使溫室運行效率得以提升。

其優(yōu)點在于：一是由于其透明度，不僅可以滿足不同作物的采光需求，還可以培育有機農產品、珍貴苗木等高附加值作物，還可以飼養(yǎng)牲畜，發(fā)展?jié)O業(yè)，或實現(xiàn)作物反季節(jié)種植。冬季溫室采用光伏技術，可以防止溫室外的熱輻射，減緩夜間的降溫，達到保溫效果。在夏天，它可以隔離紅外線，防止過熱進入溫室。光伏板在發(fā)電過程中既不消耗能源，也不排放有害氣體。在滿足農產品生長條件的同時實現(xiàn)光電轉換，可通過結合蔬菜栽培與發(fā)電來實現(xiàn)。

其次，光伏農業(yè)溫室采用農業(yè)溫室屋頂，不需要占用額外土地，節(jié)約土地資源。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電廠建設方式一般是工業(yè)用地，存在成本高及審批難度大的不足。利用農業(yè)溫室屋頂建造光伏發(fā)電廠不占用額外的土地資源，提高土地利用率，切合國家提倡綠色農業(yè)的趨向。溫室屋頂由光伏玻璃和電池板構成，能承受8級大風、大雨、冰雹等氣候條件。經久耐用，省去了每一年個改換膠片的煩瑣，節(jié)約了勞動成本。

最后，作為農業(yè)生產經營的新模式，通過促進區(qū)域農業(yè)科技的推廣應用，實現(xiàn)農業(yè)科技產業(yè)化和農業(yè)產業(yè)化，使其成為區(qū)域農業(yè)效益和農業(yè)生產的支柱產業(yè)化。收入增加。光伏發(fā)電的應用，不僅可以解決沙漠土地、林地或溫室周圍的取水灌溉、魚塘供氧、沙漠治理、草原畜牧業(yè)、海水淡化等領域的問題，而且不需要電網和儲能裝置，也可以節(jié)約能源。在現(xiàn)代農業(yè)中，光伏技術及其產品具有廣闊的應用前景和重大的現(xiàn)實意義。專家計算，如果光伏產品在中國得到廣泛推廣，五年內市場將達到1000億元和萬億元。

三、結語

綜合上述所說，被動式大棚是集綠色節(jié)能、智能化高產于一身的新型農業(yè)大棚。在被動式大棚的設計理論發(fā)展的過程中，我們將可持續(xù)發(fā)展理念與綠色減排的理念進行結合，創(chuàng)造出符合我國農業(yè)發(fā)展的被動式節(jié)能技術與光伏發(fā)電相結合的設計方法，降低我國的資源消耗，節(jié)約能源，創(chuàng)造出既節(jié)能減排又適宜農產品茁壯生長的新型農業(yè)大棚。

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作者簡介：李文斌（1998-）男，山東省青島市人，研究方向，綠色節(jié)能建筑。

基金項目：大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目 光伏農業(yè)大棚