周口市光伏高效農業智能溫室設計方案及效益分析

王霞

摘要 介紹周口市光伏高效農業智能溫室設計理念、規模、技術方案，總結光伏智能溫室種植技術規范，對其經濟效益進行分析，以指導光伏高效農業智能溫室的應用。

關鍵詞 光伏高效農業；智能溫室；設計方案；效益；河南周口

中圖分類號 TP223 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0200-02

2015年3月，周口市招商引資40億元在高新技術開發區建設高效農業光伏智能溫室，占地面積133.33 hm2，用于中高端瓜果、蔬菜、果樹種植及魚類養殖，發展綠色農業、立體農業、觀光農業、休閑農業，促進農業生產高效。項目由河南豫農新能源發展有限公司投資，一期工程投資12億元，正在施工。

1 項目設計理念

堅持科學實用的原則；堅持節水、節能、高效的原則；堅持溫室結構用材以及設備選購可靠、先進、適用的原則；堅持世界領先的原則。根據建設要求，在各系統的關鍵部位上均選用進口或國內最優的產品[1]。

2 項目建設內容、規模

（1）光伏智能溫室示范種植基地。建設光伏智能溫室8 m×60 m，10連棟25棟，組裝式光伏溫室13.33 hm2示范基地。

（2）光伏智能溫室高效農業種植基地。建設光伏智能溫室單體果蔬大棚20 m×60 m，700棟，占地面積100 hm2。

（3）光伏生態溫室觀光、休閑、餐飲基地。建設光伏生態溫室8 m×60 m，10連棟10棟，占地面積6.67 hm2。

（4）基地其他基礎設施建設。建設辦公區、計算機網絡控制及軟件研發區、電力配送管理區、農產品加工儲存區、物流園區等，占地面積13.33 hm2。

（5）基地配套設施建設。露地噴灌系統建設16.67 hm2，棚內噴灌系統建設66.67 hm2、太陽能殺蟲燈60臺、滴灌設施10套。

3 項目主要設計技術方案

3.1 單體果蔬大棚

根據果蔬栽培需要和當地實際，本項目單體大棚設計選用GP-C622L型鋼管塑料單體大棚，大棚規格為1 200 m2（20 m×60 m）。

（1）栽培果蔬種類。大棚主要栽培種類為：茄果類（草莓、冰菜、番茄、茄子、辣椒）、綠葉菜類（菠菜、生菜）、甘藍類（花椰菜、芥蘭）、果樹類（秋桃、仙桃、矮化蘋果、矮化金杏）、食用菌類、蔥蒜類。

（2）主體結構強度。主要構件使用壽命：10年（熱鍍鋅）

（3）結構?？缍?0 m，肩高2.5 m，頂高6.0 m，總長60 m，拱間距0.75 m，拱桿插入土中0.4 m。

（4）主要配置。每一側面設2道卡槽，每一山墻設3道卡槽，每一山墻拱頂設1道弧形卡槽，頂部設3道縱拉桿。二側采用手動萬向節卷膜長置，卷膜高度為80 cm。兩側壓膜線固定裝置均采用8#鍍鋅鐵絲，并用螺旋樁固定。

棚端：設搖門二開，一端為雙門，尺寸（寬×高）為1 800 mm×1 700 mm；另一端為單門，尺寸為900 mm×1 700 mm。

（5）鋼材。管棚鋼結構主要材料全部采用熱浸鍍鋅工藝，使用壽命10年以上。

（6）性能指標：風載：>0.5 KN/m2，雪載：>0.3 KN/m2。

3.2 10連棟溫室大棚

（1）主要栽培種類有茄果類、綠葉菜、果樹類。立體養殖種類有娃娃魚、三文魚、錦鯉等。

（2）結構。連棟鋼架大棚設計為10跨連體，單棟長60 m，單棟面積為480 m2。根據實際地形，長、寬作適當調整。其規格與技術參數如下：跨度8.0 m，肩高2.5 m，脊高6.0 m，開間4.0 m，拱間距1 m。

（3）性能參數。最大排雨水能力：140 mm/h（大于AAA市降雨量記錄），使用年限：15年以上，主體結構8年內無明顯銹蝕。

（4）大棚基礎。大棚內采用C15混凝土獨立樁基礎，強度高，造價低，不影響室內地面有效使用面積?；A規格為：底面400 mm×400 mm，頂面300 mm×300 mm，高400 mm[2]。

（5）大棚主體骨架。材料規格：骨架主要材料為國產優質熱軋鋼板、熱鍍鋅鋼管和溫室專用型材，其中，主立柱：Φ60 mm×2.5 mm熱鍍管，輔立柱：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，棚頭立柱：Φ32 mm×1.8 mm熱鍍管，柱間撐：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，水槽：δ2.0 mm×400 mm鋼板，肩梁：30 mm×50 mm×2 mm方管，拱桿：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，輻桿：Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管，下弦橫梁：Φ32 mm×1.8 mm熱鍍管，薄膜：0.12 mm國產膜，遮陽網：75%遮光率。

（6）骨架結構：采用熱鍍鋅鋼材制作大棚骨架，具有不易生銹、使用壽命長等優點。棚體設計成拱頂形式，提高大棚的通風透氣與散熱性能，增強棚體結構的穩定性，提高棚內光照[3]。

大棚采用Φ60 mm×2.5 mm熱鍍鋅鋼管作立柱，縱向立柱間距4 m，為增強大棚的整體穩定性，每排立柱設2組采用Φ25 mm×1.5 mm鋼管制作的柱間撐桿。

大棚兩側墻每兩根主立柱間設兩根輔立柱，材料為Φ25 mm×1.5 mm熱鍍管。

一棟10連跨大棚縱向共設8條水槽，水槽采用2 mm厚熱鍍鋼板折成，由托架固定于立柱上。水槽采用兩端排水法，坡度為0.5%，水槽兩端各設1根Φ110PVC排水管，雨水經排水管流至地面排水溝。

大棚邊排立柱頂部不設水槽，采用60 mm×50 mm×2 mm方管制作肩梁。

4 光伏智能溫室種植技術規范

4.1 環境閉鎖密封系統

光伏智能溫室示范種植基地是在全封閉的環境下構建的植物種植系統，它要求栽培環境不受任何外界氣候因子的影響，基于此要利用隔熱避光與防風的材料建設廠房，以最佳的隔熱性能實現能量損耗的最少化與節能化，根據冷庫建設的隔熱原理，用隔熱性與避光性較好的15 cm厚的泡沫絕熱板作為建設材料，使工廠內外的能量交換最小化，內外影響最小化。endprint

4.2 人工補光系統的建設

光伏智能溫室內補光系統是最為重要的系統，它是構成植物生物量的一種主要能源，是代謝與活動所需能量的來源。一般人工補光系統以紅藍光為主，以R/B為10～5∶1較為適宜。在光周期上，常綜合使用400US的脈沖補光、24 h全光照補光，達到光合時間的最大化，但開花結果植物對光周期較敏感，補光要光期暗期分明。

4.3 微噴加濕系統的建設

對瓜果、蔬菜等需水較少的植物，在栽培過程中，用超聲波霧化加濕機保持相應的空氣濕度，可以為植物生長提供最佳的生長條件。微噴加濕系統建設較簡單，一般由微噴頭、供水管道組成，而超聲波霧化器就更簡單，只需把產生的霧化經風扇通入工廠栽培空間即可。

4.4 空氣循環流通系統

在閉鎖型的苗木生產工場內，空氣循環流通系統結合二氧化碳的強制供應成為該技術中最為重要的核心，它對于提高植物快繁微材料光合效率、促進離體材料發育生根極為重要，可借鑒日本現行的通風供氣系統[4]。

4.5 二氧化碳補充系統

在有限的栽培空間，二氧化碳遞減，消耗迅速，若不能有效補給，植物會缺二氧化碳，造成幼苗生長差，因此，要提供二氧化碳氣的供氣源。二氧化碳氣要利用管道輸送，由于二氧化碳具有沉降性，在建設管道系統時，要從植物工廠頂端輸入，使二氧化碳氣均勻分布于工廠內。

4.6 營養液自動控制與供給系統

為給植物提供濃度適宜、溶氧足、pH值適宜、養分全的營養液，要建立營養液自動控制與供給系統，該系統包括調控、輸送兩部分。輸送部分由管道聯接而成；調控部分包括母液貯藏罐、營養液池、養分檢測探頭與自動控制組成，利用計算機控制系統，科學調控。

4.7 物理殺菌系統

由于生產中常常發生各種病菌侵害植物，為獲得綠色農產品，要采取物理殺菌。一是設置殺菌室，在入口處的緩沖間，人員進入廠內嚴格換鞋更衣與殺菌消毒。二是安裝空氣殺菌或過濾裝置。為防止內外空氣對流時，細菌進入植物工廠，在每個入氣口安裝空氣殺菌或過濾裝置。三是定期消毒。定期用電功能水消毒植物工廠，一般1～10 min細菌、病毒、真菌死亡，而且不對環境造成殘留。

4.8 溫度控制系統

為促進植物正常生長發育，要為植物提供適宜的溫度環境。一般利用溫度傳感器及自動控制實現，而加溫或致冷主要由空調機、加熱用的熱風爐、暖氣片、加熱管道、地下熱、致冷器等完成。

4.9 計算機自動控制及遠程控制系統

這個系統是植物工廠的大腦核心，一切環境因子的創造及栽培因子的監測與控制都得通過該系統自動控制。它的構建安裝就是完成與各個執行部件的電信號聯接與各種傳感器在空間內的布局，其他的控制主機部門現在都有相對成熟與成型的設備與技術，只需進行安裝就可使用。安裝與連接好計算機控制系統后，把它與電腦連接，實現軟件的遠程控制，利用電腦網絡或者手機通訊實現跨空間遠距離控制，實現的方法有2種。一種是通過互聯網實現遠程控制，一種是通過無線模塊實現無線通訊控制，只要手機有信號的地區都可對基地進行操作與控制，利用上述2種方法可以實現全球性控制。目前普遍是直接把辦公室的微機與植物工廠的計算機控制主機進行網絡線連接，實現近距離的控制。

4.10 視頻監控與圖像傳送系統

為了使管理者實現遠程管理與診斷，在植物工廠內安裝攝像頭，實現24 h實時在線監控錄像與傳送。該系統主要包括軟件、數字化硬盤、攝像頭、電腦，還可結合計算機控制軟件，實現圖像與參數的實時在線監控與記錄[5]。

4.11 廢物廢液循環再利用系統

在植物工廠的栽培與收獲過程中，一些營養廢液的排放及植物的殘渣等下腳料都可以作為生物菌發酵的原料進行堆肥處理，把堆肥發酵后的無菌無臭殘渣作為營養土配制的原料進行無土栽培，而由其浸出液制取的液肥又可作為追肥或者水培的營養液進行二次循環利用，采用這種方法可以實現植物工廠的零排放，讓植物工廠自身就能完成整個生態圈內的能量循環。完成這個環節所起到作用最大的技術就是生物菌的發酵處理技術，在該系統安裝時，只需按生物菌發酵的流程與工藝購置成套的設備與相關檢測儀器即可，操作使用都較為簡單，從而可以為各種類型的植物工廠采用。

5 項目經濟效益分析

以單棟標準化光伏高效農業智能溫室（投資80萬元）產出效益為例計算。

5.1 光伏發電部分

10 MW光伏電站，實際裝機光伏面積為11.5 m×47 m，50 KW×4 h光照發電年收入為200 kW·h/d×365 d×1.00元/kW·h=73 000元。管理費用按5%計算，需3 650元，年凈收入69 350元。

5.2 高效農業部分

食用菌高產栽培：以普通香菇（標準菌棒規格：100 mm×200 mm）為例，4 000棒×1 kg/棒×4批/年×80%轉換率×10元/kg=128 000元。特色茄果（如紫茄）高產栽培，年產優質紫茄30 000 kg，按2.6元/kg，產值78 000元。單棟溫室年需原材料及管理費用等各種投資平均40 000元。單棟標準化光伏高效農業智能溫室年凈收入為166 000元。

5.3 單棟標準化光伏高效農業智能溫室年收益

單棟標準化光伏高效農業智能溫室年凈收入為69 350元+166 000元=235 350元。

5.4 資金回收率

單棟標準化光伏高效農業智能溫室資金回收率為235 350元/80萬元=29.4%。3～4年可收回投資成本。

6 項目社會效益分析

一是每年為社會提供新能源電力6 800萬kW·h；二是提供就業崗位300多人；三是提供有機、綠色、無公害優質瓜果、蔬菜、食用菌及水產品4萬～5萬t，既豐富城鄉居民的餐桌，又提高生活質量。四是居民到園區參觀旅游，既豐富文化生活，又為農業高新技術的推廣利用起到宣傳帶動作用。

總之，該項目綠色環保，經濟效益及社會效益顯著，符合國家產業化政策的要求，發展前景廣闊，項目切實可行[6]。

7 參考文獻

[1] 孫忠富，曹洪太，杜克明，等.溫室環境無線遠程監控系統的優化解決方案[J].沈陽農業大學學報，2006（3）：270-273.

[2] 馮廣和.國內外現代溫室的發展[J].新疆農機化，2004（3）：50-51.

[3] 蔡春麗.智能溫室環境控制系統研究[J].重慶工學院學報（自然科學版），2007（10）：105-107.

[4] 何芬，馬承偉.中國設施農業發展現狀與對策分析[J].中國農學通報，2007（3）：462-465.

[5] 柯用兵，周俊.溫室農業生產監控組態軟件中的實時數據庫系統[J].計算機工程，2004（12）：186-188.

[6] 李俊，毛罕平，胡永光，等.基于SQL Server 2000的溫室監控數據庫系統的開發[J].農機化研究，2004（1）：221-224.endprint