摘 要：為全面推廣太陽能，我部門對(duì)蔬菜大棚利用太陽能增溫進(jìn)行測(cè)試、分析、和研究。本項(xiàng)目選在北京大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)農(nóng)科院蔬菜種植示范基地進(jìn)行。隨機(jī)挑選兩座大棚安裝我公司生產(chǎn)的太陽能集熱模塊。結(jié)果表明：12個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫室內(nèi)土壤溫度的月平均溫度比沒有安裝太陽集熱模塊的高2-3℃。土壤溫度的升高有利于蔬菜的生長，提高了溫室大棚的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān) 鍵 詞：蔬菜大棚；太陽能；太陽能熱水系統(tǒng)原理；土壤蓄熱
北京地區(qū)地理位置北緯：39°57′，氣溫情況：北京10年來最冷月平均氣溫為-13.4℃。冷水溫度：根據(jù)《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015—2003表5.1.4最冷月最低水溫推薦表，北京地區(qū)冷水最冷月平均溫度為10—15℃。太陽能源情況：北京地區(qū)屬于太陽能資源較富區(qū)，年日照時(shí)數(shù)在3000—3200小時(shí)；水平面上太陽能輻照量為5400—6700MJ/㎡?a。（1）這種氣溫限制了蔬菜的露天生長，使蔬菜的產(chǎn)量大幅下降。如何在較冷的季節(jié)獲得較高的土壤溫度，一直以來是該農(nóng)科院的核心問題。雖然建造了塑料薄膜覆蓋溫室，采用日曬法或爐火加熱法提高室溫，但土壤溫度很難提高（2）。地表溫度僅略微升高，這仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足蔬菜的生長所需要的溫度條件。
為了提高溫室溫度，我部門在前期科研的基礎(chǔ)上為該蔬菜大棚建設(shè)了兩套土壤蓄積太陽能系統(tǒng)。
一、設(shè)備及原理
北京大興榆垡農(nóng)科院坐落在京開高速榆垡出站口南1公里路南處，座北朝南，磚砌墻基。北邊磚墻高3m；接北墻向南向上15度角蓋3m寬的室頂；東西兩側(cè)磚墻呈北高南低狀；溫室斜頂面至南面用聚乙烯塑料薄膜覆蓋，屋頂沿北邊磚墻安裝17塊集熱面積為3.4m2的太陽能集熱模塊（北京英豪陽光太陽能工業(yè)有限公司生產(chǎn)），在蔬菜大棚內(nèi)距土壤表面40cm和80cm深處各鋪設(shè)一層散熱PEX管，管間距為40cm。在溫室大棚內(nèi)沿墻壁距地表80cm鋪設(shè)50cm的聚苯板做保溫。
運(yùn)行原理圖
該系統(tǒng)全自動(dòng)控制，采用太陽能行業(yè)中熱水工程控制系統(tǒng)，CPU可編程控制具體運(yùn)行原理如下：
系統(tǒng)采用浮球補(bǔ)水在集熱模塊上部裝有一個(gè)100L的保溫水箱，用浮球控制補(bǔ)水（接自來水），當(dāng)系統(tǒng)有水損失時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水。在系統(tǒng)兩端接自動(dòng)排氣閥。
當(dāng)溫度傳感器T1檢測(cè)到補(bǔ)水管道溫度低于設(shè)定值時(shí)（一般在3度）本系統(tǒng)設(shè)定在5度。啟動(dòng)防凍伴熱帶，防止管道凍裂。
當(dāng)溫度傳感器T3檢測(cè)到集熱模塊出水溫度和溫度傳感器T2檢測(cè)到集熱模塊回水口溫度的差值大于設(shè)定值時(shí)（一般設(shè)定在5度）本系統(tǒng)設(shè)定在10度。啟動(dòng)循環(huán)水泵P1將集熱模塊內(nèi)的高溫?zé)崴蛉氲叵卤P管經(jīng)行循環(huán)。
溫度傳感器T2檢測(cè)到集熱模塊回水溫度一般設(shè)定值為35度?？呻S意設(shè)定（0—99度）。溫度傳感器T2檢測(cè)到集熱模塊出水溫度一般設(shè)定值為46度。可隨意設(shè)定（0—99度）。
位于地下40cm處的PEX盤管用于冬季對(duì)地下土壤換熱，位于地下80cm處的PEX盤管用于夏季對(duì)地下土壤換熱。
二、經(jīng)濟(jì)性分析
此系統(tǒng)初投資4.5萬元，包括（集熱模塊、控制系統(tǒng)、管道、角鐵、水泵、人工等）運(yùn)行費(fèi)用：水泵250W，流量：2.4T/h全年平均每天運(yùn)行：4±2 h。平均每天運(yùn)行費(fèi)用為：0.25×4=1KWh。農(nóng)業(yè)用電：0.42元/度。總電費(fèi)為：1 KWh×0.42元/度=0.42元。平均每月的電費(fèi)為0.42元×30天=12.6元/月。
太陽能地下蓄熱和燃煤供熱投資對(duì)比 表一
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Ⅰ（煤爐） |
Ⅱ（英豪陽光太陽能） | ||
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一、技術(shù)情況 |
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（一）供熱時(shí)間 |
24小時(shí)/每天； |
24小時(shí)/每天 | |
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（二）介質(zhì)溫度 |
熱輻射 |
40-50℃ | |
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(三）土壤溫度（地表下200cm） |
增溫1攝氏度 | ||
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供熱設(shè)備位置 |
溫棚內(nèi) |
溫棚外 | |
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壽命（年） |
10 |
15 | |
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二、投資(元) |
20000*30%=6000 |
45000*10/15=30000 | |
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三、經(jīng)濟(jì)效益 |
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（一）蔬菜增收 |
5000 | ||
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（二）全年運(yùn)行成本（元） |
3000 |
151.2 | |
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(三)全年運(yùn)行效果=全年收費(fèi)-全年運(yùn)行成本 |
0-3000=-3000 |
5000-151.2=4848.8 | |
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(五) Ⅱ全年運(yùn)行效果—Ⅰ全年運(yùn)行效果 |
4848.8-（-3000）=7848.8 | ||
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(六)投資還本年限（年） |
（30000-6000）/7848.8=3.0 | ||
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四 優(yōu)缺點(diǎn) |
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（一）優(yōu)點(diǎn) |
可提供足夠多二氧化碳供蔬菜生長 |
供水溫度和全年（365天）使用效果未變，經(jīng)濟(jì)效果比較好，國家提倡環(huán)保節(jié)能。實(shí)現(xiàn)能源的一次性利用。 | |
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（二）缺點(diǎn) |
隨著常規(guī)能源的緊缺，運(yùn)行費(fèi)用不斷上升，熱能利用率較低。 |
需要解決資金來源。 | |
三、獨(dú)立太陽能蓄熱系統(tǒng)安全與環(huán)境
（一）安全
1 、承載力
?。?1 ）獨(dú)立太陽能熱水器對(duì)屋面的壓力： 50 千克力 / 平方米。
?。?2 ）屋面承受力： 70-150 千克力 / 平方米。屋面能夠承受太陽能集熱模塊壓力。
2 、雷電保護(hù)
3 、太陽能熱水集熱模塊設(shè)置在溫室大棚北側(cè)。按照規(guī)定太陽能集熱模塊支架與北側(cè)墻面上避雷線連網(wǎng)。
4 、太陽能集熱模塊設(shè)置在大棚北側(cè)面。按照規(guī)定在屋面上增加避雷裝置。
?。ǘ┉h(huán)境獨(dú)立太陽能供熱系統(tǒng)節(jié)約用地（建在屋面）、不影響室內(nèi)外環(huán)境、節(jié)省能源，采用該項(xiàng)技術(shù)符合全社會(huì)推行“綠色建筑”的要求。
四、溫室大棚地下蓄熱太陽能工程的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益
太陽能蓄熱工程系統(tǒng)是清潔能源利用，上述工程二氧化碳的減排量為：
根據(jù)公式：Qco2=(△Qsave×n×Fco2×44)/(W×Eff×12)，則15年內(nèi)二氧化碳的減排量 Qco2=227T
在可再生能源大量開發(fā)的同時(shí)，太陽能得到了廣泛的運(yùn)用。太陽能集熱模塊的生產(chǎn)銷售逐年遞增，現(xiàn)年銷售量突破了七八百萬臺(tái)。太陽能能為創(chuàng)造多大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，取決于決策者的綜合能力。
目前，我國太陽能熱水器用戶2000萬戶，而每年又20——30%的速度發(fā)展，從這組數(shù)字，可以看出未來太陽能取代常規(guī)能源是必然的發(fā)展之路。
五、政策支持
在國家大力發(fā)展可再生能源的今天，也同時(shí)給予了大量的優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)可再生能源項(xiàng)目及配套設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用。
1、2006年，國家發(fā)改委主任馬凱在中宣部等六部委會(huì)議上講：“政府將制定《節(jié)能產(chǎn)品目錄》，實(shí)施節(jié)能產(chǎn)品政府強(qiáng)制性采購政策，特別優(yōu)現(xiàn)企業(yè)首相節(jié)能納入政府采購目錄。
2、如果選在郊區(qū)或農(nóng)村，則可申請(qǐng)新農(nóng)村建設(shè)低息貸款。
六、結(jié)論和討論
通過地下蓄積太陽熱能的途徑，溫室內(nèi)部的能量得以增加。新增熱量還由此實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)平衡。驗(yàn)證了熊培桂等教授（3）發(fā)表的相關(guān)文章，相關(guān)的溫度分析此處不做重點(diǎn)闡述。著重論述溫室大棚地下蓄積太陽能工程控制和經(jīng)濟(jì)分析。
此工程采用太陽能熱水工程控G制柜（北京英豪陽光太陽能工業(yè)有限公司生產(chǎn)的GZ—C型CPU控制系統(tǒng)（4），該系統(tǒng)具有溫差循環(huán)、防凍循環(huán)、防凍伴熱等功能，造價(jià)低、便于安裝調(diào)試等特點(diǎn)。目前市場(chǎng)上廣泛采用PLC編程控制（相對(duì)造價(jià)較高），此工程亦可采用PLC編程控制系統(tǒng)。
安裝太陽能集熱模塊后，直接蓄積太陽熱能到地下土壤，供蔬菜生長，既節(jié)能減排、有增加了蔬菜的經(jīng)濟(jì)收入。是已有生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然之路。
參考文獻(xiàn)：
1 《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015—2003表5.1.4
2 韓柏華.付國.毛秀杰.劉巖.付立范.設(shè)施蔬菜栽培土壤問題研究概述 吉林農(nóng)業(yè)2007.04
3 張海蓮.熊培桂.趙利敏.徐海勤.溫室地下蓄積太陽熱能的效果研究 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 1997.6（1）：54~57。
4 北京英豪陽光太陽能工業(yè)有限公司 內(nèi)部資料
（轉(zhuǎn)載）
