戈壁农业中半封闭玻璃温室的硬件配置——以海升集团在张掖地区智能玻璃温室为例

宋秋雨（海升集团，陕西张掖 710021 ）

甘肃省张掖市坐落于甘肃省河西走廊中段，拥有大面积的沙化地、戈壁滩、盐碱地、旱砂地、荒山坡地等非耕地资源，大部分还未被开发利用。所以开发利用戈壁这样的非耕地资源，采用可循环利用水资源的灌溉技术，实现农业生产和生态良性循环发展的“戈壁农业”符合西部干旱地区现代农业发展的方向。文章对戈壁地区智能玻璃温室的硬件配置进行梳理总结，以飨读者。

张掖地区玻璃温室概况

戈壁地区光照资源丰富，光照时间长、强度大。昼夜温差大，空气湿度低，利于温室环境调控及作物生长。但张掖地区冬季气温低，高昂的能源费用是温室运营需要面对的主要挑战。温室在戈壁地区的发展需要更加专注于可持续发展，尽可能利用清洁能源、再生能源或废弃能源，降低运营成本。海升集团联合荷兰温室建造商，建造了大规模现代化智能玻璃温室。截止目前已建成43 hm2的智能半封闭玻璃温室（图1）。目前该现代农业产业园每年可产出樱桃串收番茄8000 t，优质蔬菜2500 t。建设的育苗温室，每年为农户提供优质蔬菜种苗500 万株，带动种植基地6613333 m2，3000 余户农户从事蔬菜种植，共可带动农户增收14000 万元，户纯收入达4 万元/年。

图1 张掖一期项目效果图

温室结构

温室钢结构

张掖历年平均风速为2.2 m/s，平均最大风速为14.5 m/s。在荷载安全计算后，温室项目采用了双坡小屋面文络型玻璃温室，跨度9 m，开间5 m，肩高7 m。其结构特点是，构件截面小、安装简单、使用寿命长、便于维护。温室的结构材料、钢柱及侧墙檩条等均采用热浸镀锌轻钢结构加白色喷涂(油漆)，屋面托架采用桁架结构，温室内基础采用钢筋混凝土独立基础，四周侧墙基础采用钢筋混凝土圈梁联结。另外，温室顶部采用高散射钢化玻璃，透光率高，屋面角度设计为22°，阳光入射量多，同时可以缩小温室屋面构件尺寸，采用小截面铝合金型材，大大减少了承重构件的遮光（图2）。

图2 张掖项目屋面系统

铝合金天沟

张掖项目应用了荷兰温室建造商专利设计的中空铝合金天沟，其优点是：①连接及密封性好，杜绝了天沟的雨水渗漏现象；②解决了天沟的“冷桥”问题，提高了温室保温性能，节约能源；③结露天沟和雨水天沟合二为一，宽度约为普通天沟的1/2，提高温室采光面积；④铝合金密度较轻，温室本身的负载相对较低；⑤屋面铝合金玻璃安装条与天沟的连接采用“卡接”方式，定位准，施工方便。玻璃温室的密封全部采用抗老化材料，天沟与屋面的四周墙外侧的密封采用橡胶和PVC材料密封件，全部为参照欧洲标准的环保耐老化密封件，保证20 年使用期。温室通风系统为连续开窗，采用进口桁架轨道开窗系统，材料及系统质量水准高。

环境控制系统

半封闭系统

本项目选择采用荷兰整体设计的半封闭温室，配置混合间（图3）。混合间中配置有调节窗、湿帘、风机、换热器等（图4）。其特点是温室内部采用正压送风系统，温度可达到精准控制，均一性高。同时温室顶开窗数量较传统玻璃温室少很多，能量及CO2利用率高，生防植保压力小。该技术在张掖地区应用，可更有效地利用当地干燥的外部气候和光照资源，实现夏季降温及冬季保温，提高产量，确保产品稳定优质。

图3 半封闭系统示意图

图4 半封闭混合间

幕布系统

张掖海拔高度1700 m，年平均气温7.0℃，极端最高气温为39.8℃，极端最低气温为-29.8℃，全年总辐射量为143.76 kcal/cm2，日照时数为2993 h。项目使用顶部双层幕布，采用具有高透光率、阻燃和抗冷凝性能的内保温幕和开孔型聚酯材料的内遮阴幕，最大限度地利用自然光能，并保证温室需要的空气循环流通。采用电机传动的钢索系统，运行平稳，开闭紧凑。

降温系统

夏季高温不利于作物生长，本项目中采用的降温系统，将湿帘风机和循环风机相结合，集降温、除湿、空气循环等多种功能为一体，通过中央控制系统的智能控制技术，对温室气候进行精确、灵活、有效的调控。传统的湿帘风机系统存在温湿度不均一、送风距离短、不利于真菌病害防控等局限，而缓冲间系统将通过湿帘送入的湿冷空气与温室内的干热空气充分混合，再通过风机风筒送入温室中，并在温湿度传感器的监测和中央控制系统的控制下将温室内的温湿度控制到设定范围，既有效降低了送风温湿度的不均一性，又控制了真菌病害的发生。

加温系统

张掖温室加温系统使用地面、作物、屋顶三层立体式加温，同时在栽培槽下风筒送风前配置了热交换器。温室升温能源采用油气两用型锅炉燃烧（图5）。使用天然气等清洁能源作为主要燃料，柴油作为备用燃料，采用油气两用式燃烧器，将水温从低温加热至90℃后供应温室需求，热水供温室加热后返回锅炉再次升温，进行循环利用。温室内部地面安装加热轨道，供热的同时作为采收车等作业装置的运行轨道，有效提高设备利用率（图6）。温室天沟下方安装融雪加热管道，在冬天屋面积雪时及时将雪融化，同时通过天沟将雪水及时排出，减少屋面载荷。

图5 锅炉

图6 升温系统

水肥一体化系统

张掖温室采用水肥一体化自动灌溉系统，灌溉方式采用悬挂吊架滴灌系统（图7）。由于使用基质无土栽培模式，可以对基质排出的营养液进行回收利用。施肥机利用肥料浓度精确控制技术，将不同配方的肥料母液与除杂、调酸后的清水，通过双重EC、pH 检测器的检测后，对温室内进行在线灌溉，保证了配肥的高效性、水肥的均一性和生产的安全性。水流量可以被及时检测确保实现精确灌溉。由基质排出的营养液经回收后，由砂滤系统除去植物碎屑、基质和部分微生物，再经过中压紫外线消毒机进行消毒，清洁的营养液经收集后汇入施肥机的配肥通道进行二次利用。

图7 吊架滴灌系统

中央控制系统

所有的设备都连接到温室中央控制系统，为节约连接到中央设备的线缆，温室各分区设立了独立的子站机构，不同的设备就近连接到分区系统设备上，从而避免了出现过长的连接线缆。子站间的通信过程在同一个网络内实现，这样可以保证检测和控制子站间通信过程的高效性和准确性。该系统可以方便地整合现有自动化设备，同时有利于后期添加和更新，保证整个系统的稳定运行。

总结

非耕地发展设施农业是实现当地增收的途径之一。近年来，在中国现代农业的需求及政策带动下，智能玻璃温室行业呈现出了前所未有发展势头，建设面积逐年增长，因此在非耕地上建设智能玻璃温室具有一定的发展前景。目前国内智能温室行业仍需依赖荷兰等欧洲国家进行总体设计及系统集成，但国内新建的智能玻璃温室也在逐步实现国产化，目前骨架材料，覆盖材料，管道材料都实现了全面国产化，主要的工艺设备及控制系统将作为今后的重点发展项目。随着国内技术能力的发展，智能玻璃温室的国产化程度将进一步提升，逐步降低种植者的投资成本。