戈壁農(nóng)業(yè)中半封閉玻璃溫室的硬件配置
——以海升集團(tuán)在張掖地區(qū)智能玻璃溫室為例

宋秋雨（海升集團(tuán)，陜西張掖 710021 ）

甘肅省張掖市坐落于甘肅省河西走廊中段，擁有大面積的沙化地、戈壁灘、鹽堿地、旱砂地、荒山坡地等非耕地資源，大部分還未被開發(fā)利用。所以開發(fā)利用戈壁這樣的非耕地資源，采用可循環(huán)利用水資源的灌溉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展的“戈壁農(nóng)業(yè)”符合西部干旱地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。文章對戈壁地區(qū)智能玻璃溫室的硬件配置進(jìn)行梳理總結(jié)，以饗讀者。

張掖地區(qū)玻璃溫室概況

戈壁地區(qū)光照資源豐富，光照時(shí)間長、強(qiáng)度大。晝夜溫差大，空氣濕度低，利于溫室環(huán)境調(diào)控及作物生長。但張掖地區(qū)冬季氣溫低，高昂的能源費(fèi)用是溫室運(yùn)營需要面對的主要挑戰(zhàn)。溫室在戈壁地區(qū)的發(fā)展需要更加專注于可持續(xù)發(fā)展，盡可能利用清潔能源、再生能源或廢棄能源，降低運(yùn)營成本。海升集團(tuán)聯(lián)合荷蘭溫室建造商，建造了大規(guī)?，F(xiàn)代化智能玻璃溫室。截止目前已建成43 hm2的智能半封閉玻璃溫室（圖1）。目前該現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園每年可產(chǎn)出櫻桃串收番茄8000 t，優(yōu)質(zhì)蔬菜2500 t。建設(shè)的育苗溫室，每年為農(nóng)戶提供優(yōu)質(zhì)蔬菜種苗500 萬株，帶動種植基地6613333 m2，3000 余戶農(nóng)戶從事蔬菜種植，共可帶動農(nóng)戶增收14000 萬元，戶純收入達(dá)4 萬元/年。

圖1 張掖一期項(xiàng)目效果圖

溫室結(jié)構(gòu)

溫室鋼結(jié)構(gòu)

張掖歷年平均風(fēng)速為2.2 m/s，平均最大風(fēng)速為14.5 m/s。在荷載安全計(jì)算后，溫室項(xiàng)目采用了雙坡小屋面文絡(luò)型玻璃溫室，跨度9 m，開間5 m，肩高7 m。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，構(gòu)件截面小、安裝簡單、使用壽命長、便于維護(hù)。溫室的結(jié)構(gòu)材料、鋼柱及側(cè)墻檁條等均采用熱浸鍍鋅輕鋼結(jié)構(gòu)加白色噴涂(油漆)，屋面托架采用桁架結(jié)構(gòu)，溫室內(nèi)基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，四周側(cè)墻基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土圈梁聯(lián)結(jié)。另外，溫室頂部采用高散射鋼化玻璃，透光率高，屋面角度設(shè)計(jì)為22°，陽光入射量多，同時(shí)可以縮小溫室屋面構(gòu)件尺寸，采用小截面鋁合金型材，大大減少了承重構(gòu)件的遮光（圖2）。

圖2 張掖項(xiàng)目屋面系統(tǒng)

鋁合金天溝

張掖項(xiàng)目應(yīng)用了荷蘭溫室建造商專利設(shè)計(jì)的中空鋁合金天溝，其優(yōu)點(diǎn)是：①連接及密封性好，杜絕了天溝的雨水滲漏現(xiàn)象；②解決了天溝的“冷橋”問題，提高了溫室保溫性能，節(jié)約能源；③結(jié)露天溝和雨水天溝合二為一，寬度約為普通天溝的1/2，提高溫室采光面積；④鋁合金密度較輕，溫室本身的負(fù)載相對較低；⑤屋面鋁合金玻璃安裝條與天溝的連接采用“卡接”方式，定位準(zhǔn)，施工方便。玻璃溫室的密封全部采用抗老化材料，天溝與屋面的四周墻外側(cè)的密封采用橡膠和PVC材料密封件，全部為參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保耐老化密封件，保證20 年使用期。溫室通風(fēng)系統(tǒng)為連續(xù)開窗，采用進(jìn)口桁架軌道開窗系統(tǒng)，材料及系統(tǒng)質(zhì)量水準(zhǔn)高。

環(huán)境控制系統(tǒng)

半封閉系統(tǒng)

本項(xiàng)目選擇采用荷蘭整體設(shè)計(jì)的半封閉溫室，配置混合間（圖3）?；旌祥g中配置有調(diào)節(jié)窗、濕簾、風(fēng)機(jī)、換熱器等（圖4）。其特點(diǎn)是溫室內(nèi)部采用正壓送風(fēng)系統(tǒng)，溫度可達(dá)到精準(zhǔn)控制，均一性高。同時(shí)溫室頂開窗數(shù)量較傳統(tǒng)玻璃溫室少很多，能量及CO2利用率高，生防植保壓力小。該技術(shù)在張掖地區(qū)應(yīng)用，可更有效地利用當(dāng)?shù)馗稍锏耐獠繗夂蚝凸庹召Y源，實(shí)現(xiàn)夏季降溫及冬季保溫，提高產(chǎn)量，確保產(chǎn)品穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)。

圖3 半封閉系統(tǒng)示意圖

圖4 半封閉混合間

幕布系統(tǒng)

張掖海拔高度1700 m，年平均氣溫7.0℃，極端最高氣溫為39.8℃，極端最低氣溫為-29.8℃，全年總輻射量為143.76 kcal/cm2，日照時(shí)數(shù)為2993 h。項(xiàng)目使用頂部雙層幕布，采用具有高透光率、阻燃和抗冷凝性能的內(nèi)保溫幕和開孔型聚酯材料的內(nèi)遮陰幕，最大限度地利用自然光能，并保證溫室需要的空氣循環(huán)流通。采用電機(jī)傳動的鋼索系統(tǒng)，運(yùn)行平穩(wěn)，開閉緊湊。

降溫系統(tǒng)

夏季高溫不利于作物生長，本項(xiàng)目中采用的降溫系統(tǒng)，將濕簾風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)相結(jié)合，集降溫、除濕、空氣循環(huán)等多種功能為一體，通過中央控制系統(tǒng)的智能控制技術(shù)，對溫室氣候進(jìn)行精確、靈活、有效的調(diào)控。傳統(tǒng)的濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)存在溫濕度不均一、送風(fēng)距離短、不利于真菌病害防控等局限，而緩沖間系統(tǒng)將通過濕簾送入的濕冷空氣與溫室內(nèi)的干熱空氣充分混合，再通過風(fēng)機(jī)風(fēng)筒送入溫室中，并在溫濕度傳感器的監(jiān)測和中央控制系統(tǒng)的控制下將溫室內(nèi)的溫濕度控制到設(shè)定范圍，既有效降低了送風(fēng)溫濕度的不均一性，又控制了真菌病害的發(fā)生。

加溫系統(tǒng)

張掖溫室加溫系統(tǒng)使用地面、作物、屋頂三層立體式加溫，同時(shí)在栽培槽下風(fēng)筒送風(fēng)前配置了熱交換器。溫室升溫能源采用油氣兩用型鍋爐燃燒（圖5）。使用天然氣等清潔能源作為主要燃料，柴油作為備用燃料，采用油氣兩用式燃燒器，將水溫從低溫加熱至90℃后供應(yīng)溫室需求，熱水供溫室加熱后返回鍋爐再次升溫，進(jìn)行循環(huán)利用。溫室內(nèi)部地面安裝加熱軌道，供熱的同時(shí)作為采收車等作業(yè)裝置的運(yùn)行軌道，有效提高設(shè)備利用率（圖6）。溫室天溝下方安裝融雪加熱管道，在冬天屋面積雪時(shí)及時(shí)將雪融化，同時(shí)通過天溝將雪水及時(shí)排出，減少屋面載荷。

圖5 鍋爐

圖6 升溫系統(tǒng)

水肥一體化系統(tǒng)

張掖溫室采用水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)，灌溉方式采用懸掛吊架滴灌系統(tǒng)（圖7）。由于使用基質(zhì)無土栽培模式，可以對基質(zhì)排出的營養(yǎng)液進(jìn)行回收利用。施肥機(jī)利用肥料濃度精確控制技術(shù)，將不同配方的肥料母液與除雜、調(diào)酸后的清水，通過雙重EC、pH 檢測器的檢測后，對溫室內(nèi)進(jìn)行在線灌溉，保證了配肥的高效性、水肥的均一性和生產(chǎn)的安全性。水流量可以被及時(shí)檢測確保實(shí)現(xiàn)精確灌溉。由基質(zhì)排出的營養(yǎng)液經(jīng)回收后，由砂濾系統(tǒng)除去植物碎屑、基質(zhì)和部分微生物，再經(jīng)過中壓紫外線消毒機(jī)進(jìn)行消毒，清潔的營養(yǎng)液經(jīng)收集后匯入施肥機(jī)的配肥通道進(jìn)行二次利用。

圖7 吊架滴灌系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)

所有的設(shè)備都連接到溫室中央控制系統(tǒng)，為節(jié)約連接到中央設(shè)備的線纜，溫室各分區(qū)設(shè)立了獨(dú)立的子站機(jī)構(gòu)，不同的設(shè)備就近連接到分區(qū)系統(tǒng)設(shè)備上，從而避免了出現(xiàn)過長的連接線纜。子站間的通信過程在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，這樣可以保證檢測和控制子站間通信過程的高效性和準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)可以方便地整合現(xiàn)有自動化設(shè)備，同時(shí)有利于后期添加和更新，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

總結(jié)

非耕地發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)卦鍪盏耐緩街?。近年來，在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求及政策帶動下，智能玻璃溫室行業(yè)呈現(xiàn)出了前所未有發(fā)展勢頭，建設(shè)面積逐年增長，因此在非耕地上建設(shè)智能玻璃溫室具有一定的發(fā)展前景。目前國內(nèi)智能溫室行業(yè)仍需依賴荷蘭等歐洲國家進(jìn)行總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成，但國內(nèi)新建的智能玻璃溫室也在逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，目前骨架材料，覆蓋材料，管道材料都實(shí)現(xiàn)了全面國產(chǎn)化，主要的工藝設(shè)備及控制系統(tǒng)將作為今后的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。隨著國內(nèi)技術(shù)能力的發(fā)展，智能玻璃溫室的國產(chǎn)化程度將進(jìn)一步提升，逐步降低種植者的投資成本。