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(nóng)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(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目，這極大地促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也對(duì)地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用。本項(xiàng)目把被動(dòng)式概念、光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)大棚有機(jī)結(jié)合起來，提出了“被動(dòng)式大棚”，即將被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)和光伏發(fā)電相結(jié)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(guān)鍵詞：節(jié)能減排;光伏發(fā)電;被動(dòng)式節(jié)能技術(shù);農(nóng)業(yè)大棚

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

一、被動(dòng)式大棚的概述及價(jià)值分析

1.概述

被動(dòng)式大棚主要指的是應(yīng)用被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)和農(nóng)業(yè)光伏大棚有機(jī)結(jié)合從而主動(dòng)控制農(nóng)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(shí)現(xiàn)全新的農(nóng)作物生產(chǎn)模式。被動(dòng)式大棚更是符合當(dāng)前我國對(duì)氣候變化以及實(shí)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(dòng)式農(nóng)業(yè)大棚來節(jié)約資源成本，并在此技術(shù)上為我國農(nóng)業(yè)人員提供更為適宜農(nóng)產(chǎn)品生長的環(huán)境。

2.價(jià)值分析

被動(dòng)農(nóng)業(yè)溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與清潔能源緊密結(jié)合的產(chǎn)品，是一種新型的土地綜合利用情勢(shì)。本項(xiàng)目節(jié)約用地，不轉(zhuǎn)變土地屬性，也可利用空間立體化，產(chǎn)生清潔電力，擴(kuò)展可再生能源供應(yīng)比例。應(yīng)用熱回收裝置技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)新風(fēng)和廢氣的互換。

二、被動(dòng)式大棚

1.被動(dòng)式大棚對(duì)比傳統(tǒng)大棚的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的大棚一般采用塑料薄膜覆蓋，容易產(chǎn)生塑料硬化、透明度降低。隨著時(shí)間的延長，導(dǎo)致棚內(nèi)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(nèi)植物生長所需的溫度，若采用其他方式和設(shè)備進(jìn)行熱補(bǔ)償會(huì)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(dòng)式大棚采用光伏發(fā)電和被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)，在保證棚內(nèi)植物有適宜的生長溫度、充足的采光的條件下，達(dá)到超低能耗、高效益的目的。

2.被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)用于農(nóng)業(yè)大棚

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

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

在沒有供暖、制冷等建筑設(shè)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(shí)現(xiàn)冬夏舒適的建筑。

采納被動(dòng)式超低能耗建筑設(shè)計(jì)中能量消耗參數(shù)及對(duì)建筑體形系數(shù)的控制，我們得出如下結(jié)論：

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

在相同的溫差標(biāo)準(zhǔn)下，總傳熱與修建圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積成正比。減少外圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面積不但能夠降低能耗，還節(jié)省了建造經(jīng)費(fèi)。

體型系數(shù)是常用的體型控制指標(biāo)之一。它是一個(gè)重要的吸熱和散熱指標(biāo)。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(dǎo)熱的路徑先經(jīng)過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)向圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)滲透，再向室內(nèi)滲透，得出通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量計(jì)算如下：

Q=K·A·（Ta -Ti）

Q：熱量

K：圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)

A：建筑的體形系數(shù)

Ta -Ti：圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差

3.光伏發(fā)電技術(shù)用于農(nóng)業(yè)大棚

被動(dòng)溫室產(chǎn)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(bǔ)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(yùn)行效率得以提升。

其優(yōu)點(diǎn)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(jī)農(nóng)產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)作物反季節(jié)種植。冬季溫室采用光伏技術(shù)，可以防止溫室外的熱輻射，減緩夜間的降溫，達(dá)到保溫效果。在夏天，它可以隔離紅外線，防止過熱進(jìn)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(nóng)產(chǎn)品生長條件的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，可通過結(jié)合蔬菜栽培與發(fā)電來實(shí)現(xiàn)。

其次，光伏農(nóng)業(yè)溫室采用農(nóng)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(shè)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(nóng)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(nóng)業(yè)的趨向。溫室屋頂由光伏玻璃和電池板構(gòu)成，能承受8級(jí)大風(fēng)、大雨、冰雹等氣候條件。經(jīng)久耐用，省去了每一年個(gè)改換膠片的煩瑣，節(jié)約了勞動(dòng)成本。

最后，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的新模式，通過促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)科技的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，使其成為區(qū)域農(nóng)業(yè)效益和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支柱產(chǎn)業(yè)化。收入增加。光伏發(fā)電的應(yīng)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(lǐng)域的問題，而且不需要電網(wǎng)和儲(chǔ)能裝置，也可以節(jié)約能源。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，光伏技術(shù)及其產(chǎn)品具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的現(xiàn)實(shí)意義。專家計(jì)算，如果光伏產(chǎn)品在中國得到廣泛推廣，五年內(nèi)市場(chǎng)將達(dá)到1000億元和萬億元。

三、結(jié)語

綜合上述所說，被動(dòng)式大棚是集綠色節(jié)能、智能化高產(chǎn)于一身的新型農(nóng)業(yè)大棚。在被動(dòng)式大棚的設(shè)計(jì)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(jìn)行結(jié)合，創(chuàng)造出符合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的被動(dòng)式節(jié)能技術(shù)與光伏發(fā)電相結(jié)合的設(shè)計(jì)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(nóng)產(chǎn)品茁壯生長的新型農(nóng)業(yè)大棚。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂雪松，王麗穎.嚴(yán)寒地區(qū)超低能耗被動(dòng)式建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2018（8） ：95-96.

[2] 邵 郁，周小慧. 面向凈零能耗建筑的東北村鎮(zhèn)住宅的設(shè)計(jì)要素研究[J]. 動(dòng)感（ 生態(tài)城市與綠色建筑） ，2014（ 3）：43-46.

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(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目 光伏農(nóng)業(yè)大棚