8 GREENHOUSE HORTICULTURE 行業(yè)視點(diǎn) 荷 蘭 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 進(jìn) 展 楊其長 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 是 溫 室 工 程 的 核 心 是 溫 室 周 年 生 產(chǎn) 的 基 礎(chǔ) 保 障 和 獲 取 高 產(chǎn) 穩(wěn) 產(chǎn) 的 重 要 手 段 2 0 世 紀(jì) 6 0 年 代 初 隨 著 荷 蘭 溫 室 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 陸 續(xù) 得 到 應(yīng) 用 與 推 廣 首 先 是 采 暖 系 統(tǒng) 率 先 引 入 溫 室 的 冬 季 增 溫 使 用 的 燃 料 由 最 初 的 煤 炭 逐 漸 升 級(jí) 到 油 和 天 然 氣 隨 后 CO 2 施 肥 技 術(shù) 開 始 在 溫 室 生 產(chǎn) 中 推 廣 使 用 6 0 年 代 中 期 第 一 個(gè) 溫 室 模 擬 氣 候 控 制 系 統(tǒng) 問 世 雖 然 當(dāng) 時(shí) 僅 能 控 制 加 熱 和 通 風(fēng) 機(jī) 構(gòu) 但 為 后 來 的 計(jì) 算 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 奠 定 了 基 礎(chǔ) 此 后 溫 室 補(bǔ) 光 通 風(fēng) 開 窗 機(jī) 構(gòu) 天 溝 保 溫 等 光 溫 調(diào) 節(jié) 技 術(shù) 相 繼 得 到 開 發(fā) 應(yīng) 用 8 0 年 代 初 可 移 動(dòng) 式 保 溫 幕 開 始 推 廣 應(yīng) 用 為 溫 室 冬 季 夜 晚 的 保 溫 提 供 了 重 要 保 障 4 0 多 年 來 隨 著 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 的 廣 泛 應(yīng) 用 荷 蘭 溫 室 作 物 產(chǎn) 量 也 得 到 了 大 幅 度 的 提 升 僅 以 西 紅 柿 玫 瑰 為 例 2 0 0 4 年 的 產(chǎn) 量 達(dá) 到 了 5 2 5Kg m 2 和 3 4 0 枝 m 2 分 別 是 1 9 5 0 年 的 6 8 倍 和 3 1 倍 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 是這一成就的主要因素之一 荷蘭溫室環(huán)境調(diào)控的重點(diǎn)主要包括溫度 CO 2 以及光照的調(diào)節(jié) 與控制等 溫室溫度調(diào)節(jié)與控制 荷 蘭 屬 典 型 的 溫 帶 海 洋 性 氣 候 冬 季 溫 和 1 月 份 月 平 均 氣 溫 2 2 夏 季 涼 爽 7 月 份 月 平 均 氣 溫 1 6 8 極 端 高 溫 一 般 在 3 0 以 下 因 此 荷 蘭 溫 室 溫 度 調(diào) 節(jié) 的 重 點(diǎn) 主 要 是 冬 春 季 節(jié) 的 增 溫 夏季的降溫一般采用自然通風(fēng) 遮陽調(diào)節(jié)即可 溫室的增溫技術(shù) 溫 室 增 溫 是 荷 蘭 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 節(jié) 的 重 點(diǎn) 目 前 主 要 有 兩 種 方 式 一 種 是 采 用 燃 氣 油 鍋 爐 的 熱 水 采 暖 另 一 種 是 直 接 燃 氣 油 加溫的熱風(fēng)采暖 熱 水 采 暖 通 過 燃 氣 油 鍋 爐 將 水 溫 升 至 7 0 9 0 然 后 經(jīng) 配 管 和 室 內(nèi) 散 熱 器 自 然 放 熱 達(dá) 到 增 溫 的 目 的 由 于 水 熱 容 量 大 熱 穩(wěn) 定 性 好 目 前 荷 蘭 的 大 型 溫 室 主 要 采 用 這 種 采 暖 方 式 為 了 回 收 鍋 爐 煙 氣 余 熱 荷 蘭 溫 室 鍋 爐 的 煙 筒 普 遍 還 裝 有 余 熱 回 收 系 統(tǒng) 圖 1 使 煙 氣 溫 度 由 2 0 0 左 右 降 低 到 3 5 4 0 熱 回 收 效 率 可 達(dá) 8 0 以 上 同 時(shí) 溫 室 鍋 爐 加 溫 系 統(tǒng) 中 還 裝 有 熱 水 貯 藏 罐 和 余 熱 發(fā) 電 裝 置 圖 2 主 要 用 于 溫 室 在 不 需 要 加 溫 的 季 節(jié) 或 白 天 使 用 鍋 爐 燃 燒 獲 取CO 2 時(shí) 將 多 余 的 熱 量 以 熱 水 的 形 式 貯 藏 于 貯 熱 罐 或 直 接 進(jìn) 行 發(fā) 電 熱 水 可 用 于 夜 間 的 加 溫 使 用 所 產(chǎn) 生 的 電 能 既 可 供 自 己 使 用 也 可 并 網(wǎng) 銷 售 熱 能 的 多 次 利 用 大 大 節(jié) 約了能源和運(yùn)行成本 熱 水 采 暖 室 內(nèi) 散 熱 器 的 布 置 方 式 圖 3 因 種 植 的 作 物 和 栽 培 方 式 的 不 同 而 不 同 一 般 有 軌 道 式 栽 培 床 下 散 熱 冠 層 加 熱 和 地面加熱等幾種散熱形式 圖 1 鍋爐煙氣余熱回收原理及其裝置 圖 2 鍋爐熱水貯藏罐和余熱發(fā)電裝置 左 熱水貯藏罐 右 發(fā)電機(jī)組 圖 4 燃?xì)馐綗犸L(fēng)采暖裝置及其在溫室的分布方式 圖 3 熱水采暖系統(tǒng)的主要散熱方式 軌道式 栽培床下散熱 冠層加熱 地面加熱 GREENHOUSE HORTICULTURE 9 熱 風(fēng) 采 暖 直 接 將 燃 燒 的 熱 空 氣 吹 入 溫 室 或 通 過 強(qiáng) 制 熱 交 換 器 加 熱 空 氣 送 入 溫 室 的 采 暖 方 式 圖 4 這 種 加 熱 方 式 預(yù) 熱 時(shí) 間 短 升 溫 快 不 用 配 管 和 散 熱 器 配 置 安 裝 靈 活 簡 便 但 溫 度 穩(wěn) 定 性 差 運(yùn) 行 費(fèi) 用 較 高 在 荷 蘭 主 要 用 于 大 型 溫 室 的 輔 助 加 溫或臨時(shí)增溫使用 這種加溫方式還可臨時(shí)增加溫室的CO 2 濃度 近 年 來 荷 蘭 推 出 了 一 種 新 型 管 道 式 熱 風(fēng) 采 暖 系 統(tǒng) 圖 5 該 系 統(tǒng) 由 兩 部 分 組 成 一 部 分 為 帶 有 熱 回 收 裝 置 的 空 氣 加 熱 系 統(tǒng) 另 一 部 分 為 帶 孔 塑 料 管 道 均 勻 送 風(fēng) 裝 置 室 內(nèi) 排 出 的 空 氣 首 先 經(jīng) 過 熱 回 收 和 冷 凝 裝 置 預(yù) 熱 進(jìn) 入 室 內(nèi) 的 空 氣 同 時(shí) 利 用 室 內(nèi) 外 空 氣 的 溫 差 使 室 內(nèi) 的 高 濕 空 氣 產(chǎn) 生 冷 凝 水 貯 藏 起 來 用 于 灌 溉 室 外 空 氣 經(jīng) 過 預(yù) 熱 后 通 過 風(fēng) 機(jī) 進(jìn) 入 換 熱 器 加 熱 最 后 進(jìn) 入 帶 孔 塑 料 管 道 將 加 熱 好 的 空 氣 送 入 作 物 栽 培 區(qū) 域 由 于 該 系 統(tǒng) 具 有 預(yù) 熱 水 氣 回 收 功 能 送 風(fēng) 均 勻 被 認(rèn) 為 是 一 種 極 有 推 廣 前 景的采暖形式 溫室的降溫技術(shù) 由 于 荷 蘭 夏 季 氣 候 涼 爽 極 端 溫 度 低 于 3 0 因 此 溫 室 對 降 溫 的 要 求 顯 得 不 像 增 溫 那 樣 迫 切 荷 蘭 溫 室 的 降 溫 一 般 采 取 兩 種 方 式 一 是 外 覆 蓋 玻 璃 上 噴 灑 白 色 涂 層 技 術(shù) 通 過 在 外 覆 蓋 表 面 上 噴 灑 一 層 白 色 涂 料 以 減 少 夏 季 的 太 陽 輻 射 進(jìn) 而 達(dá) 到 降 溫 的 目 的 秋 冬 季 節(jié) 通 過 清 洗 可 全 部 去 除 外 涂 層 保 證 冬 季 采 光 需 求 另 一 種 就 是 通 過 開 啟 頂 部 的 通 風(fēng) 窗 進(jìn) 行 自 然 通 風(fēng) 的 方 式 圖 6 降 低 溫 室 的 溫 度 通 風(fēng) 窗 口 的 數(shù) 量 尺 寸 傳 動(dòng) 方 式 以 及 開 啟 的 角 度 等 都 對 溫 室 的 氣 候 控 制 產(chǎn) 生 重 要 影 響 目 前 荷 蘭 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 一 整 套 的 模 擬 計(jì) 算 方 法 通 過 控 制 開窗的各個(gè)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制 溫室 CO 2 施肥技術(shù) 由 于 荷 蘭 溫 室 主 要 采 用 無 土 栽 培 CO 2 不 會(huì) 從 土 壤 中 獲 得 因 此 CO 2 施 肥 對 作 物 增 產(chǎn) 具 有 不 可 替 代 的 作 用 從 1 9 6 0 年 開 始 CO 2 施 肥 技 術(shù) 開 始 在 溫 室 使 用 作 物 產(chǎn) 量 也 得 到 了 大 幅 度 的 提 升 經(jīng) 過 多 年 的研 究 圖 7 他 們認(rèn) 為 當(dāng) 溫 室CO 2 濃 度 從 3 5 0 L L 增 加 到 4 5 0 L L 時(shí) 可 實(shí) 現(xiàn) 增 產(chǎn) 1 2 而 從 1 0 0 0 L L 增 加 到 1 1 0 0 L L 時(shí) 僅 可 增 產(chǎn)1 5 而CO 2 增 施 的 費(fèi) 用 卻 大 幅 度 提 升 因此 荷 蘭 溫 室CO 2 最 經(jīng) 濟(jì) 的 控 制 濃 度 一 般 設(shè) 定 在 4 5 0 5 0 0 L L 這 一 點(diǎn) 與 我 們 通 常 宣 傳 的CO 2 濃 度 應(yīng) 控 制 在 8 0 0 1 8 0 0 L L 有 很 大 出 入 我 們 應(yīng)該借鑒這一經(jīng)濟(jì)有效的控制思路 溫 室 增 施CO 2 主 要 通 過 燃 燒 法 獲 取 一 般 1m 3 天 然 氣 可 以 產(chǎn) 生 1 8 4KgCO 2 和 1 3 1Kg 的 水 蒸 氣 天 然 氣 在 鍋 爐 燃 燒 后 產(chǎn) 生 的 煙 氣 一 部 分 排 出 室 外 另 一 部 分 由 引 風(fēng) 機(jī) 引 出 經(jīng) 過CO 檢 測 合 格 后 即 可 直 接 通 過 帶 孔 塑 料 管 道 送 入 溫 室 進(jìn) 行CO 2 的 增 施 圖 8 溫室光照的調(diào)節(jié)與控制 由 于 荷 蘭 緯 度 較 高 N 5 1 5 4 全 年 光 照 嚴(yán) 重 不 足 歷 年 平 均 日 照 時(shí) 數(shù) 僅 為 1 4 8h 冬 至 前 后 白 天 的 最 短 日 照 時(shí) 數(shù) 僅 為 5 6h 因 此 荷 蘭 溫 室 普 遍 需 要 補(bǔ) 光 一 般 需 要 補(bǔ) 充 光 強(qiáng) 達(dá) 8 0 0 0 1 6 0 0 0Lx 目 前 荷 蘭 溫 室 的 光 照 調(diào) 節(jié) 與 控 制 一 方 面 采 取 一 切 措 施 盡 可 能 提 高 溫 室 的 采 光 性 能 如 普 遍 使 用 大 塊 玻 璃 2 0m 1 7m 覆 蓋 以 減 少 骨 架 遮 光 開 發(fā) 出 了 溫 室 屋 頂 清 洗 機(jī) 械 裝 置 定 期 清 洗 屋 頂 灰 塵 增 加 溫 室 透 光 開 發(fā) 新 型 覆 蓋 材 料 如zigzag 等 利 用 反 射 光 的 二 次 利 用 透 光 率 可 達(dá) 8 9 9 5 另 一 方 面 采 取 人 工 光 源 進(jìn) 行 補(bǔ) 光 圖 9 近 年 來 荷 蘭 溫 室 的 人 工 光 源 補(bǔ) 光 呈 現(xiàn) 出 以 下 幾 個(gè) 特 點(diǎn) 補(bǔ) 光 燈 具 越 來 越 小 盡 可 能 減 少 遮 光 面 積 補(bǔ) 光 燈 具 一 般 安 裝 在 桁 架 以 下 部 位 寬 度 幾 乎 與 桁 架 同 寬 實(shí) 現(xiàn) 燈 具 的 可 移 動(dòng) 性 盡 可 能 增 加 輻 射 面 積 荷 蘭 溫 室 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 有 其 自 身 的 特 色 也 非 常 有 效 但 這 些 技 術(shù) 是 與 當(dāng) 地 的 氣 候 條 件 和 經(jīng) 濟(jì) 水 平 緊 密 相 連 的 有 些 技 術(shù) 值 得 我 們 借 鑒 中 國 的 氣 候 類 型 多 樣 我 們 必 須 針 對 中 國 溫 室 的 特 點(diǎn) 和 現(xiàn) 有 的 經(jīng) 濟(jì) 水 平 研 究 適 宜 的 環(huán) 境 調(diào) 控 技 術(shù) 以 滿 足 我 國 溫 室高效生產(chǎn)對溫室環(huán)境的需求 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 100081 圖 5 管道式熱風(fēng)采暖系統(tǒng) 圖 6 Venlo 型溫室的開窗機(jī)構(gòu) 圖 7 CO 2 增施后增產(chǎn)效果與費(fèi)用的比較 圖 8 燃燒法獲取 CO 2 原理及釋放方式 圖 9 荷蘭溫室補(bǔ)光設(shè)施及其燈具布置