夏季连栋温室主要降温技术综述(4)

　　4 新能源空调系统
　　
　　为形成规模化效应，用于作物高效栽培的连栋温室都要求有一定的体量，以提高灌溉系统利用率和土地利用率，便于机械化操作和自动化管理，从而提高单位面积产量；而我国普遍采用的湿帘 - 风机降温系统，由于其有效降温距离的限制，在大型化连栋温室中不再适用。
　　
　　目前，荷兰的连栋温室大量采用类似于空调系统的空气处理单元（ATU）及配套冷源来解决这一问题。
　　
　　空气处理单元包括制冷模块、加热模块、变频控制风扇、进风口、出风口和风管[24].为了降低温室的运行成本，在冷源的选用上引入了地源热泵技术、含水层储能技术、回灌技术等新能源技术。由于我国独特的气候条件，温室运行的能源消耗比欧洲或日本要高出1 /2 ~ 3 /4,因此对新能源技术的需求更为迫切[22].地源热泵技术、含水层储能技术和热电联产等技术的综合使用，可大大提高一次能源的利用效率，降低温室运行成本和温室气体排放，改善温室内环境，提高产品品质和产量。
　　
　　4. 1 地源热泵
　　
　　地源热泵技术是利用浅层土壤（200m 以内）或地下水作为空调热源或冷源，通过输入少量高品位能源（如电能）实现低品位能源向高品位能源的转移。冬季，热泵将土壤或水源中的热量送入温室内；夏季，温室内的热量被热泵转移到土壤或水中，实现夏季降温，而地下获得的能量将在冬季得到利用，如此周而复始。
　　
　　地源热泵技术能源利用率高，排放低，且具有加温制冷双重功能，已被广泛用于各种建筑物的制冷供暖，在温室生产中也有了一些探索性的应用。例如，马承伟等使用地源热泵技术对日光温室冬季加温，试验数据显示地源热泵加温系统 COP 最低 3. 36,最高7. 52,平均为 5. 83,棚内气温和浅层地温均有明显提高，可满足严寒冬季蔬菜生产的温度要求[23].北京市西三旗生态温室餐厅、宽沟温室餐厅均已采用地源热泵空调系统，北京国际鲜花港也采用的是地源热泵辅助天然气供暖系统[23 - 24].
　　
　　但总体来看，由于地源热泵空调系统初期设备投入成本较高，目前应用较少。如果能针对温室特点，优化设计、完善相关技术，减少初期投资，在温室生产中的应用前景将更加广阔[23].
　　
　　4. 2 含水层储能
　　
　　含水层储能（ATES）是利用地下水在含水层中流速慢和水温变化小的特点，用管井回灌的方法，将大气环境中冬季的“冷”和夏季的“热”季节性地储存在地下含水层中，需要时再抽取使用，实现冬季的供热和夏季的供冷[23,25].这项可再生能源新技术可比常规地源热泵节能 20% ~ 30% ,具有能效高、环保性能好及一机多用等特点。
　　
　　含水层储能技术可广泛应用于工艺冷却、办公楼及大型建筑、热电厂等能源需求量较大的领域，以降低生产成本和维护费用。荷兰已有 2 000 个多地下含水层储能系统在运行，第一个项目至今已有 20 年历史。我国在 20 世纪 60 年代曾大规模的应用含水层储能技术来解决上海地区纺织厂的供冷问题，后来推广到全国 10 多个城市，但由于国家水资源政策的调整和技术本身的局限性，从 20 世纪 90 年代开始，这项技术的应用又逐渐萎缩。
　　
　　2014 年 1 月正式运营的国家设施农业工程技术研究中心崇明农业示范基地的空调系统，采用原装进口的荷兰含水层储能系统和水蓄冷技术，将这一技术成功的应用到了温室生产当中，实现了地下水 100%对井回灌，ATES 系统节能率 80% .这一案例无疑为该技术在我国温室行业的应用推广打开了一扇大门。5 结论与建议不同的降温技术受其降温原理限制，均有一定的局限性，单纯地采用某种降温方式很难达到理想的降温效果和温室运行的各方面需求。降温技术的采用需要根据地区气候条件、种植作物类型和温室系统性能等因素综合考虑选择。
　　
　　首先，根据不同地区的气候资源，选择适用的降温技术对于保障温室生产的正常运行、降低建设和运行成本有着重要意义。我国西北及东北大部分地区夏季日平均温度不高，高温天气持续时间较短，夏季降温可以自然通风为主，辅以高压喷雾、屋面顶喷淋和环流风机。华北、黄淮、江汉、江淮、江南及华南部分地区夏季需降温日数在 80 天左右，最高温度较高，夏季高温时段降温需开启幕帘系统配合湿帘 - 风机降温系统、空气内循环系统等；而华南的广东和广西部分地区及海南地区日平均温度高、高温天气持续时间长、空气湿度大，是降温难度最大的地区，夏季降温采取通风、蒸发、遮阳等手段都难以取得理想的降温效果，建议配备新能源空调系统或除湿设备。
　　
　　其次，根据温室用途和作物的生长特性制定合理的降温策略也是必要的。育苗温室、实验温室等对温度调控的要求较高，因此需配套较完善的降温系统，以便于灵活组合使用，达到预期降温效果。高效栽培温室由于作物自身的蒸腾降温，温室降温需求相对较小，可根据当地气候条件和种植作物对高温的耐受性选择部分降温手段，以尽量降低温室的建设和运行成本。由于夏季蔬菜价格偏低，设施生产没有市场竞争优势，因此可以考虑在夏季高温月份安排换茬、休棚和消毒，省去强制降温的运行成本。花卉生产温室、展览温室对于温度的可控性要求最高，根据投入产出比和生产必要性分析，可考虑配备新能源空调系统。
　　
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