节能农业——设施农业节能技术[致富早班车]

关注农民四季生产；传授农民致富本领。这里是每天早上4点30分到4点55分与您相约而至的致富早班车。今天为您带来的主要内容是：节能农业之设施农业节能技术

（已有 耿）片花：自20世纪90年代以来，国外农业机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。现代农业正向着节能、环保方向发展。

“农业节能减排是国家节能减排工作的重要组成部分，潜力巨大，前景广阔。但目前我国的农业节能减排的形势十分严峻，主要表现在：农业机械化水平不高，农民节能意识不强。这些方面应该引起各级政府、相关行业与部门的高度重视。

我国大部分农村地区经济发展水平低，基础设施落后，制约了常规商品能源的推广应用，并且成本高，多数农民难以负担，出现了农村居民对优质能源日益增长的需求与商品能源供应短缺之间的矛盾。我国大部分农村地区居民生活用能仍以秸秆、薪柴等低效燃烧为主，室内外环境污染相当严重，能源利用效率低，仅为25%左右，节能潜力巨大。

推广节能农业，做好农村能源节约，不仅有利于改变农民传统生活能源消费模式，减少农民对商品能源的依赖，而且能够有效改善农村生产生活条件，推进社会主义新农村建设。

【片花】

导语：早上好，听众朋友，欢迎您收听今天的“致富早班车”，我是杨林。

通过片头介绍，我们对于节能农业的重要性有了一个大致的了解。那我们致富早班车栏目组也是特别制作了节能农业的系列节目，今天为您带来设施农业节能技术。

做客我们节目的专家依然是是来自中国沼气学会的副秘书长刘耕高级工程师。

刘老师，您好！

专家：主持人好，听众朋友们大家好！

主持人：刘老师，节目的开始，为了使听众朋友们对设施农业节能技术有一个初步的了解，您先来介绍一下设施农业节能技术的概况吧。

专家：设施农业具有资金密集、技术密集、生产密集和劳动密集等特点，单位土地面积产出率高，而且在人工环境控制下不受地域、季节等自然条件的约束进行农业的周年生产，设施农业的发展彻底解决了我国蔬菜和肉、蛋、奶长期供应不足的问题，并在一定程度上缓解我国土地资源、水资源、能源资源不足以及劳动力资源丰富的矛盾。设施农业是我国“菜篮子工程”的重要组成部分，是现代农业的具体体现，是农业高科技密集的重要场所，是调整农业产业结构的重要选择，是增加农民收入的重要手段，是提高农产品市场竞争力的重要措施。

主持人：这是设施农业的基本概况。那现阶段，我国设施农业的发展情况是什么样的？温室设施的节能方向和技术又有哪些种类呢？刘老师，您来介绍一下。

专家：我国设施的种类较多，从中低档次的中小拱棚到具有智能化调节功能的大型连栋温室，几乎遍及全国各地，而且由于不同地域气候差异较大，不同种类设施中种植作物的习性和要求各异，设施生产者的操作技术和管理经验不同，设施节能的途径也随之变化。归结起来主要有以下几种措施：①充分利用气候资源，合理规划温室设施，最大限度减少温室的加温和降温能耗；②改进温室结构，提高温室自身的保温性能和自然通风的降温能力；③提高温室的管理水平，减少粗放管理中能源的浪费；④采用节能设备，提高设备的能量转化效率，减少设备使用中的能耗；⑤开发利用清洁能源，如地热能、风能、太阳能等，替代常规能源，避免能源生产过程中二氧化碳的产生；⑥提高温室种植技术，提高单位能耗的农作物产量。

表6-1 温室设施节能途径与措施

节约能源基本方向

节约能源主要内容

具 体 措 施

事　  例

减小室内外温差

1. 优势区域规划

北方日光温室

降低室温

1. 育成耐低温性作物

2. 采用嫁接技术，在耐低温砧木上嫁接喜温作物

3. 利用植物激素防止落花、落果

4. 变温管理

黑籽南瓜嫁接黄瓜

作物根区加温

四段变温管理

计算机PID控制

降低温室加热负荷

抑制散热

1. 加强夜间保温覆盖

2. 增加围护结构热阻

3. 采用双层屋面

4. 加强温室的日常保养，降低冷风渗透

5. 日光温室

6. 局部加温

室内多层保温幕

反光膜保温幕

双层充气温室

温室外保温

泡沫填充屋面

基础周边隔热

提高加温效率

1. 增大锅炉燃烧效率

1. 增加调节装置，减少热量浪费

其他热能的利用

1. 太阳能

2. 地热

3. 风能

4. 工厂余热

5. 废弃物热源利用

地中热交换

地源热泵技术

风力发电

热电联产

土壤酿热物

以提高生产能力来提高能源效率

有效利用温室面积

1. 采用活动栽培床压缩通道面积

2. 移动架台作业，取消全部通道

3. 采用立体栽培，充分利用空间

加强环境控制、提高生产

1. 控制室内环境控制在最适宜的条件下

2. 控制室内湿度防止病虫害

3. 冬季加温、夏季降温，周年栽培

主持人：通过刚才刘老师的介绍，相信听众朋友们对设施农业节能技术有了初步的了解。接下来的时间里我们来介绍生产中常见的设施农业节能技术。

专家：常见的设施农业节能技术主要有：双层充气塑料温室/中空PC板温室、室外遮阳网/室内保温幕、高效节能日光温室、全开屋面温室、地源热泵技术、根部加温技术、活动苗床栽培技术、智能化自动控制技术。

主持人：好，首先我们下来了解一下“双层充气塑料温室/中空PC板温室”。为了使大家更好的了解此项技术，我们先来介绍一下它的节能原理。

专家：不论是双层充气膜温室还是中空PC板温室[https://www.nczfj.com/]，节能的原理都是通过增加空气间层，提高温室透光覆盖材料的热阻，提高温室保温性能，减少温室传热量。

主持人：这两项技术分别有哪些技术特点？实际应用效果如何呢？

专家：双层充气膜温室是在单层塑料薄膜温室骨架的基础上，更换卡槽、卡簧，取消压膜线，增加覆盖材料和充气泵即可完成。该技术在我国南北方不同气候条件都可适应，造价低、运行管理方便。使用双层充气膜相比单层塑料薄膜可节省冬季加温费用近一半。但双层塑料膜降低温室透光率10%左右，在北方地区使用，两层透光塑料膜夹层空间中容易积水（充气空气中的冷凝水结露造成），冬季光照不足地区不宜推广使用。

中空PC板温室具有使用寿命长、外形美观，与玻璃温室相比抗冰雹、抗冲击能力强，材料韧性好、重量轻、保温能力强。同样规格的温室，采用中空PC板后温室的加温能耗较单层玻璃温室降低60%左右。但这种材料的透光率较低，新材料实验室测定透光率多在80%以下，而且材料的防露滴能力和透光率的保持能力与材料强度的使用寿命不同步，材料价格较高，在一定程度上影响了这种温室的推广。

主持人：通过专家的介绍，听众朋友们对双层充气塑料温室/中空PC板温室有了比较详尽的了解。接下来的时间我们在来介绍一下“室外遮阳网/室内保温幕”技术，首先我们来介绍一下它们的节能原理。

专家:室外遮阳网节能的原理是在保证室内种植作物光合作用基本要求的前提下直接减少进入温室过强的太阳辐射，可有效降低温室的降温负荷，从而降低温室夏季的降温能耗。室内保温幕的节能效果体现在两个方面：一是冬季夜间降低温室加温空间、增加温室传热热阻、阻断温室地面长波直接向外辐射，从而减小温室加温负荷，起到节能的作用；二是夏季白天降低温室空间，与湿帘风机系统配合，可有效提高湿帘风机的降温效果，此外，作为室内遮阳同样可以阻隔一定数量的太阳辐射，尤其是缀铝遮阳保温幕，可以直接将进入温室的太阳短波辐射反射到室外，有效降低温室的降温负荷，获得节能的效果。

主持人：两项技术分别有哪些技术特点？实际应用效果如何呢？

专家：不论室外遮阳还是室内保温，都需要配备一套电动或手动拉幕机构，能根据室外天气条件和种植作物的要求，随时控制其展开与收拢。目前，配套该系统的传动机构主要有齿轮齿条和钢缆两种形式，前者传动平稳，但造价较高；后者对安装调试的要求较高，运行过程中也需要经常性地进行调节，但造价低。以上两种系统在生产中都有大量应用，而且齿轮齿条由于稳定性好，虽然一次性投资稍高，但维护管理费用较低，受到越来越多用户的青睐。

室外遮阳的节能效果与所用遮阳网材料的遮阳率直接相关，通常采用60%遮光率的黑色或银灰色材料，可减少50%左右的太阳直射辐射，降低温室降温能耗在30%以上。采用室内遮阳的方法，即使使用与室外遮阳同样的材料，由于太阳辐射已经进入温室，所形成的热量将全部转化为降温负荷，因此，室内遮阳网对降低温室降温负荷的作用不大，只有当室内遮阳网采用缀铝膜时，由于铝箔的反光作用，将进入温室的太阳辐射直接反射到室外，在本质上才对减小温室的降温负荷产生作用。但室内遮阳网可同时兼做温室冬季的保温幕，尤其当遮阳网采用封闭结构时的保温效果更加显著，在寒冷地带温室中采用双层或三层保温幕，将使温室夜间的保温性能得到进一步的提高，如采用四层保温后在相同的供热条件下可使温室的温度提高10℃左右，节能效果非常显著。

（片花）

主持人：您现在收听的是中央人民广播电台《致富早班车》。在刚才的节目时间里，我们首先介绍了我国设施农业发展情况，以及温室设施的节能方向和技术有哪些种类。并介绍了生产中常用的双层充气塑料温室/中空PC板温室、室外遮阳网/室内保温幕使用原理、特点和实际的使用效果。在接下来的时间里我们再来介绍一下“高效节能日光温室”技术。

专家：高效节能日光温室的节能原理是通过白天高效采集太阳辐射，并将其转化为热能有效贮存于温室热惰性较大的地面、墙体和屋面等部位中，待夜间没有外界太阳辐射供应时，再将贮存于地面、墙体和屋面的热能释放到温室，保证温室最低的能量需求，减少对温室加温的能量需求，在条件适宜的地区甚至可以完全摆脱对加温的要求。

主持人：刘老师，这项技术有哪些特点呢？

专家：为了实现能量的高效采集、转化和利用，日光温室采用了一面坡温室的结构形式，一般为单跨结构，坐北朝南，东西延长。其采光坡面朝南，用透光塑料薄膜覆盖，夜间用活动保温被外覆盖，白天采光，夜间保温。温室北墙和东西两侧山墙一般为复合保温墙体，内侧墙体白天吸热，夜晚放热，此外，温室墙体还是温室的主要结构受力构件，承担屋面传来的以及墙体自身承受和产生的各种荷载，中间隔热材料隔绝室内热量向外传递，同时也阻断室外冷气向温室内涌入。为了进一步增强温室的保温性能，日光温室还设计有保温的后屋面，一方面是为了提高温室的高度，增加温室前屋面采光的坡度，增大温室的采光量；另一方面也是为了前移温室屋脊，增大温室地面积，提高温室的有效使用面积。越是寒冷地区，后屋面越长，温室的保温能力就越强。除温室墙体和后屋面外，温室的地面也是储热和放热的重要载体，并且地面储热和放热的总量较墙面和屋面还要大，所以，提高日光温室地面的储热放热能力对提高温室的保温性能具有重要的作用。

主持人：那这项技术在生产中实际应用效果如何呢？您接着来介绍一下吧。

专家：这种形式温室自20世纪80年代以来在我国东北、华北和西北地区大量推广，目前推广面积已经超过7.0×105hm2，成为北方地区冬季蔬菜和园艺作物生产的主要设施。对这种温室的研究目前主要集中在三个方面：一是如何根据当地地理纬度和气候条件优化设计采光前屋面曲线，使其能够在最小受力的条件下获得最大的采光量；二是寻找高效廉价的保温蓄热材料，以进一步提高温室的保温蓄热能力；三是研究防水、耐久、轻便、抗风、保温、价廉的前屋面夜间保温被材料，能实现工业化手段大批量生产和供应与机械化手段便捷化操作和管理。这种类型温室目前存在的问题主要是没有标准化设计，环境调控能力差，温室建设占地面积大，土地有效利用率不高。但它能够就地取材，建设成本低，节能效果显著，采用无土栽培技术可以在荒地、沙地、盐碱地等不适合作物种植的土地进行生产，尤其在土地面积和光照资源充足的西北地区，其应用前景非常广阔。

主持人：刚才刘老师介绍了高效节能日光温室技术，这项技术能够就地取材，建设成本低，节能效果显著，尤其在土地面积和光照资源充足的西北地区，应用前景非常广阔。接下来的时间我们为听众朋友们介绍一下“全开屋面温室”的使用情况，我们首先还是先来看一下这项技术的节能原理。

专家：在外界天气条件适宜作物生长的时刻，将温室屋面全部开启，形成开放的露地生产条件，可有效避免由于温室屋面封闭造成的“温室效应”，从而，完全摆脱了温室的通风和降温需要，使温室的通风降温能耗降低到了最低程度。当室外天气条件不适合作物生长时，关闭温室屋面，形成能够完全智能化控制的封闭温室环境，保持温室的固有特色。

主持人：该项技术有哪些技术特点？在生产中的应用效果如何呢？

专家：不论是柔性的塑料膜透光覆盖材料，还是刚性的玻璃或中空PC板屋面材料，都可以实现温室屋面的全面开启。采用这种形式温室，在配置室内遮阳保温幕的条件下，可以省去室外遮阳网，在屋面全部打开后，室内保温幕扮演室外遮阳网的作用，这样，室内保温幕的功能得到更大限度的发挥，而且使温室的设计高度相应降低，不仅节约了大量建设资金，而且对提高温室的抗风能力也有非常积极的作用。

这种形式的温室在欧洲已经开始大面积推广，但在国内才刚刚开始研究推广。由于屋面开启，在构造处理上难以形成严密的密封，给温室的防水和保温造成一定困难，使这种温室在北方地区的推广受到一定影响，但在南方地区使用具有较好的应用前景，尤其是柔性塑料薄膜覆盖的全开屋面温室在造价上的优势，使这一技术的推广应用潜力得到进一步加强。

（片花）

主持人：通过刘老师的介绍，听众朋友们对“全开屋面温室”技术的节能原理、技术特点及作用效果有了比较详尽的了解。下面我们在来介绍一下“地源热泵技术”，首先我们先了解一下该项技术的工作原理。

专家：热泵实际上是一种能量提升装置，它本身消耗一部分电能，从环境介质中提取几倍于自身消耗的电能，用于提升或降低建筑物的空气温度，也就是用1份能量获得了多份能量，这就是节能的基本原理。

地源热泵是热泵的一种形式，是以大地为热源对建筑物进行空气调节的一种技术，冬季通过热泵将大地中低品位热能提升为高品位热能对建筑物进行供暖；夏季通过热泵反向运行，将建筑物热量转移到地下，对建筑物进行降温。

主持人：这项项技术有哪些技术特点？在生产中的应用效果如何呢？

专家：温室利用地源热泵技术主要是将浅层土壤中储藏的由太阳能和地心热形成的大量低位能源（称为浅层地能），通过热泵技术，提升其能源品位，用于温室的冬季加温。

浅层地能（热）（Geothermal Energy）是地表浅层（土壤、地下水）吸收太阳能、地热能而蕴藏的低品位热能（<25℃）；是在太阳能照射和地心热产生的大地热流的综合作用下，存在于地壳下近表层数百米内的恒温带中的土壤、砂岩和地下水里的低温地热能。

浅层地能不是传统概念的深层地热，是地热可再生能源，但它不属于地心热的范畴，是太阳能的另一种表现形式，广泛存在于大地表层中，基本不受地域和气候的影响，其温度相对恒定，是一种非常重要的新能源。较传统能源，浅层地能经济、清洁、高效、节能，是建筑物供暖（冷）用能源中最有发展前途的一种新能源，开发利用浅层地能已经成为我国以及全世界未来供暖与制冷替代能源的一项重要选择。

（片花）

主持人：在接下来的时间里我们再来介绍一下“根部加温技术”，我们先介绍一下它的节能原理。刘老师。

专家：根部加温技术的节能原理是将温室整个空间的全面加温变为作物需要的局部区域加温，在保证作物正常生长条件下，减少了向作物生长无效空间的加温，从而起到节约能源的效果。传统的加温方式是将温室整个空间的温度控制在设定温度范围内，由于加热空间大，自然消耗能源也就多，而作物根区加温一般则仅将作物根部的温度控制在要求的理想状态下，而地上温度则从地表到作物冠层逐渐降低，至于作物冠层以上空间温度的高低，对于作物生长来说，则可不予考虑。所以，根部加温节约能源的实质是降低了温室空间的运行温度。

主持人：李老师，这项技术有哪些技术特点？在生产中的应用效果如何呢？

专家：作物生长过程中，对地下部根系温度和地上部茎叶温度要求有所不同，只要能保证作物根系温度，即使上部茎叶温度较其适宜生长温度低，也不会影响作物正常的生长发育。基于这一原理，工程设计中采用局部采暖方式，保证作物的根系处于适宜生长温度范围，而适当降低对作物茎叶区域的温度。由于温室中热空气向上运动的特点，根区局部高温将推动近地面空气向茎叶区运动，从而在一定程度上补充了茎叶区温度的不足。同样，也正是由于热空气向上运动的特点，传统的整个空间加温的方法，使大量热空气集聚在温室中作物茎叶不能到达的上部空间，而真正作物需要加温的区域，则是较冷的空气区域，使加温的效果不能得到有效发挥，在很大程度上造成能源的浪费。对作物的局部加温，尤其是根部加温，可以有效克服上述弊端，提升能量利用效率。此外，由于作物根区加温需要50℃左右的低温热源，这种加温方式对热源的要求降低，很多低温热源或高温热源利用后的余热可以直接应用到温室加温中，进而降低了对高温热源的依赖，一方面减少了提升热源温度对能量的要求，另一方面，为热源的选择开辟了更广泛的途径。

温室的地面加温就是这一技术的典型应用。与传统整体空间加温技术相比，这种加温方式在不影响作物正常生长的前提下，可以节约30%~50%的能量。对加温期比较长的北方地区，这种方式尤其适用。在活动苗床的下部进行局部加温，以及在黄瓜、番茄种植中在作物的下部和冠层进行局部加温，都是这种技术的应用实例。

主持人：根部加温技术与传统整体空间加温技术相比，这种加温方式在不影响作物正常生长的前提下，可以节约30%~50%的能量，真是一项非常实用的技术。接下来我们再来介绍“活动苗床栽培技术”，我们先来了解一下该项技术的工作原理。

专家：活动苗床本身不能节能，但采用活动苗床后提高了温室的空间利用率，在相同能耗的条件下，在单位面积有效空间内能够生产出比固定苗床更多的产品，也就是提高了种植密度，增加了生产产量，使生产单位产品所需要的能耗降低，实际上也是一种间接的节能方式。

主持人：还是来介绍一下这项技术的特点吧？在生产中的应用效果如何呢？

传统的栽培方式，在每个栽培垄之间都留有足够的活动和操作空间，温室地面利用率很难达到70％以上，一般在50％～65％。采用活动栽培床后，每跨只留一条操作走道，其余温室面积都被用作栽培面积，温室地面有效利用率大幅度提高，而且温室跨度越大，地面利用率越高。以一栋100m长的温室为例，温室的中部留出3m宽中央主走道，靠山墙两侧各留2m操作走道，每跨间留0.80m走道，不同跨度温室的地面利用率都能达到80％以上，而且随着跨度的增加，温室地面利用率也在随之提高。以传统温室地面利用率65％为基准，不同跨度温室的节能率。由表可见，要提高温室的地面利用率，亦即提高温室的节能率，最好采用大跨度温室。

活动苗床在温室育苗、盆花生产或水培蔬菜生产中有大量应用。事实上，为了提高温室的空间利用率，在温室的桁架或柱间采用吊篮方式进行种植的范例也很多。

近年来，设施农业发达国家采用了机械手作业模式，将机械手安装在一个固定的位置，将苗床上栽培的作物（主要为盆栽植物）采用传送带运送到机械手所在位置，机械手位置也可以用工作人员代替。这种生产模式可以将温室的地面利用率达到90%~95%，相比传统的温室栽培系统，单位产品的能耗将降低30%。

主持人：看来“活动苗床栽培技术”的节能效果是显而易见的，并且结合机械作业可大大提高温室的地面利用率，相比传统的温室栽培系统，单位产品的能耗也有很大程度的降低。

好，感谢刘老师的精彩介绍。