農業種植大棚太陽能采暖工程案例介紹

2022-01-05 15:20:43 1242
農業種植大棚太陽能采暖工程案例介紹


太陽輻射能作為一種可再生能源,以其儲量豐富且無污染性顯示了其獨特的優勢;我國大部分地區位于北緯45度以南,具有豐富的太陽能資源。

本文針對四川甘孜州打造川藏高原生態特色農產品基地,置入多種太陽能供熱采暖實施技術,滿足項目的運行使用要求。

下面重點探討四川甘孜農業科技園D3種植大棚、利用太陽能供熱采暖和生物能鍋爐互補設計的應用與研究,對種植大棚溫室使用太陽能供熱采暖設計,具有一定的指導意義。

01、工程

項目地理位置

甘孜藏族自治州,位于四川省西部,青藏高原東南邊緣,是我國云貴高原和四川盆地之間的過渡地帶,海拔2800米以上,由西北向東南傾斜、全區高原遼闊,山脈綿延,峽谷深邃,構成復雜的地貌景觀。

氣候屬高原亞溫帶亞濕潤季風氣候,復雜多樣,地域差異顯著,氣溫低,冬季長,無霜期短,氣溫隨地勢呈明顯的垂直分布:年均氣溫10℃~21℃;無霜期180天以上;降水較少,旱雨季分明。

光照強度大,太陽能輻照量6168.5MJ/m2·a,平均年日照在2000~2600小時之間、平均每天日照在6.5小時以上,屬于太陽資源非常豐富的地區。

當地除了出產有色金屬礦產以外,名貴中藥材有天麻、蟲草、藏紅花、蟲草菌、貝母、當歸、黃芪等,均是高附加值的經濟作物。

甘孜農業科技園D3種植大棚(是基地6個種植大棚其中之一),窄長型,面南背北建設,建筑占地面積980m2,磚混整體墻圍護建筑,鋼結構支架梁。

該基地是代表性的“川藏高原生態特色農產品基地”,主要培育和種植道地中藏藥材,高山靈芝,鐵皮石斛,冬蟲夏草菌,生態食用菌,綠色蔬菜瓜果等,高附加值的農作物和藥材。

歷史、現狀及實施目的

甘孜農業科技園D3種植大棚,東西方向是高山,山頂常年有7個月的積雪,晝夜溫差大,天氣寒冷,農作物不能正常生長。

溫室種植大棚的建設,利用當地藏藥材的生長習性,地理環境和豐富的太陽能資源,主要是解決好溫室種植大棚恒溫的技術問題,成規?;N植高附加值的農作物,產出比例豐厚,增加經濟收入。農業科技園D3種植大棚技術策略如下圖所示。

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圖:農業科技園D3種植大棚技術策略

主要技術措施

基于甘孜農業科技園D3種植大棚的地理條件,及農科部門的技術要求,經過對項目的地理環境勘測,技術評估和論證,利用項目地區太陽能年平均輻照6.5小時豐富的自然資源。

在熱源恒溫技術措施方面,優先考慮使用太陽能,具有節能環保的突出優點,另外采用生物質能鍋爐輔助。建設的種植大棚采用多種技術措施集熱,限度地采集太陽能的熱源進行儲存,滿足種植大棚的恒溫采暖要求。

太陽能采暖主要指標

1.太陽能熱水系統

太陽能熱水系統具有集熱、儲熱和放熱功能,白天吸收太陽的熱能,晚上釋放熱能滿足種植大棚的恒溫要求;

如遇極端冷凍天氣,使用排空防凍或者循環防凍,確保設備安全;冷水脫鈣與軟化處理,項目地點為典型的卡斯特地貌區,水資源含礦物質及鈣質均大于360mg/L,在冷水入口需要安裝軟化處理儀,避免太陽能集熱器內部結垢;

系統全自動運行,其運行數據可以依據種植大棚的技術要求進行設定。甘孜農科園D3種植大棚實景如圖所示。

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圖:甘孜農科園D3種植大棚實景圖

2.雙層中空low-e玻璃

約占整個建筑面積的75%,呈20°傾角安裝,其功能是吸收太陽熱能、透光,室內保溫,減少對流和熱損。中空low-e玻璃及空氣吸熱器的錨固和安裝如下圖所示。

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中空low-e玻璃及空氣吸熱器的錨固和安裝圖

3.太陽能空氣吸熱器

白天根據太陽的輻射熱源自動運行,并將吸收太陽能的熱能送入室內提升溫度,熱氣流通過光伏供電的風機驅動室內氣流流通,系統達到設定溫度時全自動運行或者停止。

4.太陽能光伏離網發電系統

系統產生直流電源,自發自用,余電儲存在蓄電池組中,用于在夜間或在多云或雨天提供電力。設計裝機容量:1.5kW·h/wp,待機時間5天,主要給室內照明,熱風電機,光伏水泵增溫系統,部分信號采集感應器提供直流電源。

5.種植大棚熱濕環境調整系統

根據WBGT指數調整熱濕環境的模式,通過進出風口的調節,熱源輸入量的大小調節,相對濕度35~55%。達到滿足種植大棚熱濕環境的要求。

02、太陽能采暖的技術與設計

圍護建筑的結構組成

建設在高原寒溫帶的溫室種植大棚,利用太陽能采暖的技術要求,主要是解決好圍護建筑、墻體保溫、棚內保溫,減少熱源損失及熱源的采集和儲存技術。

溫室種植大棚采用磚混結構支撐墻體、依據《外墻外保溫工程技術規程》進行保溫墻體施工,平均傳熱系數為1.2W(m2·K);

雙層中空low-e玻璃及太陽能空氣吸熱器的錨固和安裝(斜面12米跨度),鋼梁支架采用Q345E方通□80×80×δ3材料,用幕墻玻璃膠S750耐候膠密封,按照玻璃幕墻工程技術規范標準進行施工。

太陽能制熱采暖利用技術的實施

種植大棚的室內恒溫熱源,由太陽能采暖系統提供40%,雙層中空玻璃項目和太陽能空氣吸熱器系統,分別提供45%和15%。

白天系統吸收太陽的熱能并將其儲存和直接釋放,晚上主要是通過風機盤管和地熱盤管釋放儲存水箱的熱源,滿足溫室種植大棚的熱量需要;系統設計平均日制熱量為1660MJ/d,供熱方法、供熱時間、供熱溫度可以按照需求任意設置,系統自動運行。

如遇連續陰雨天氣或者冬天極端低溫天氣,如果太陽輻射能力不足,其熱源不足的部分由生物質鍋爐提供補償。采暖系統運行原理如圖所示。

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采暖系統運行原理圖

太陽能空氣吸熱器

如下圖所示,太陽能空氣吸熱器是將太陽的輻射熱量由高吸收效率的板芯集熱,通過風扇電機驅動,直接轉換為熱風的一種制熱設備。

系統采用的是快速進行室內氣體流動、置換,提升室內溫度,熱量轉換效率為68%,設計單位熱風量為2100m3/h,對系統的貢獻率為25%。

太陽能空氣吸熱器的施工安裝方法,參照雙層中空玻璃(即玻璃幕墻工程技術施工規范)的施工方法相同。

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太陽能空氣吸熱器工作原理

中空low-e玻璃通光保溫

如下圖所示,雙層中空low-e玻璃是直接將太陽輻射熱量傳遞到室內,促進農作物光合作用,的優點是透明通光、隔熱、保溫、阻流,透過率88%。系統采用中空low-e玻璃厚度5+16+5=26mm,傳熱系數3.1W/(m2·K),熱量損失2.3W/(m2·K),經過跟蹤測試,實現在系統中有65%的貢獻率。

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雙層中空low-e玻璃工作原理

雙層中空low-e玻璃的安裝,本項目采用明裝工藝進行的施工,使用金屬壓碼固定和錨固,充填工藝縫,再用幕墻專用膠S750耐候膠密封,嚴格按照《玻璃幕墻工程技術規范》標準進行鋪設、安裝、施工、驗收。

03、項目運行概況

太陽能采暖系統主要技術指標

甘孜農業科技園D3種植大棚太陽能采暖綜合系統實施項目,使用多個采暖單元技術措施實現,項目建設竣工運行使用后,通過設計規劃方案數據參考及后期的現場調試運行,數據采集和驗證對比,其主要的技術指標如表1所示。

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能源采集與消耗

基于本項目的地理位置,高原環境氣候特征,培育種植道地中藏藥材和高附加值的農作物,采用單一的技術策略吸收和儲存太陽能的熱源進行采暖,很難達到預期的目的和使用要求。

本項目從前期參與的規劃設計階段,一直采用多元化吸收熱源的技術措施,限度地、高效率地吸收和儲存太陽能熱源,滿足種植大棚的室內恒溫熱負荷需要。

依據種植大棚吸收和儲存熱源系統運行的工況,通過監測數據、熱性能測試、使用效果、農作物的生長狀況,實地進行綜合對比分析太陽能采暖系統單位時間的熱源產出比例,運行結果基本達到預期,滿足使用需求。恒溫曲線如圖所示。

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熱量采集時恒溫曲線圖

太陽能采暖系統工況

建成后的四川甘孜川藏高原生態農業科技園D3種植大棚供熱和采暖系統,由于參與了該項目前期階段的同步論證、同步規劃,施工圖設計等工作,非常熟悉和了解對后期的施工建設與管理有先導和促進作用。

本項目供熱和采暖主要有三種形式,即太陽熱輻射、熱風系統和熱水供熱采暖系統;育苗種植土壤使用盤管管道作為散熱面,向種植土壤或者室內提供熱量。

系統依據育苗品種不同,生長期不同,在不同的季節,單位平方米輸入熱量也不同,種植土壤一般以8W~26W/(m2·K)輸入,室內一般以25W~65W/(m2·K)輸入,D3種植大棚太陽能采暖項目,2013年上半年建設完成。

目前已經運行和使用兩個冬季,歷時兩年半,其中除了出現兩次故障影響運行使用外,(次是業主方錯誤設置運行參數,導致指令信號重疊不工作;第二次是信號采集短路故障),其它均能按需供應熱源,正常運行。

本項目對多種太陽能供熱采暖系統進行了比較分析、研究對比,雖然維持指定室溫的供熱系統所需能耗不一樣,但散熱方式的差異使得采用熱水供熱系統與熱風系統時,整個溫室的溫度場更加均勻,相對于熱源,熱風系統能在更大程度上影響室內濕度的變化。

因此,在溫室多種供熱設計中,應根據不同作物類型以及室內環境的設計要求等因素,在多種供熱方式中加以選擇。

04、結語

本文綜述了多種能源互補采暖技術,建設現代農業科技種植園的綠色環保項目,經過模塊化整合,使用多種措施利用太陽輻射熱能為熱源進行采暖,推廣太陽能利用技術,對太陽能供熱采暖實施的發展前景,進行了探討和展望。

結合工程實例應該注意太陽能應用技術是一項綜合整合工作,尤其是邊遠山區,交通不方便的建設項目,進行模塊化設計與實施,需要整合資源,因地制宜,其目的是節約運作成本。

對建設項目進行客觀評估,特別是高投入、高產出、高收益的建筑項目,良好的技術措施是建設優質項目的基礎。

邊遠地區的太陽能利用建設項目,風險大困難多,需要有硬性的技術實力、公司實力和資金流,市場服務網絡作為支撐和后盾。


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