高科技温室技术已是明日黄花凹叶木兰

高科技温室技术已是明日黄花

在new aglnternational作为官方合作媒体的埃武拉(南萄牙)国际设施国艺大会(greensys)上,荷兰代表团再次大放昇彩,他们的报告展现了综合性尖端技术和解决方案方面的非凡成就,以最大限度地提高作物在完全封装的高科技玻璃… 在new aglnternational作为官方合作媒体的埃武拉(南萄牙)国际设施国艺大会(greensys)上,荷兰代表团再次大放昇彩,他们的报告展现了综合性尖端技术和解决方案方面的非凡成就,以最大限度地提高作物在完全封装的高科技玻璃温室中的生长性能。不过，进一步的分析表明,扱少有种植者能够承担;区些先进生产设施的高昂价格，而能够充分地利用各种新型功能并令其保持最佳运行标准的农户更是少之又少。此外，肯尼亚、乌干达和埃塞俄比亚等非州国家在荷兰技术的支持下,其观赏作物种植竞争激烈，导致荷兰的玫瑰种植户数目生宿減了70%! 因此，当前荷兰的温室设施制造商对研发活动的支持能力有所下降(例如对wagenlngen ur等知名的荷兰生更威研究机构) 。现在的道势大幅度地从可控那境农业向由光照更住.气候条件更造宜的地区开展表业种植转移。后者对高科技设施的需求要低的多,因此能够以更经济的投入，生产出高品质的蔬菜和观赏作物.在2015年的greensys大会上这一点得到确认,会上涌现出多常与盐水的使用和温室缺水有关的发言和海报论文, 另外还有两项有关应用地中海式温室所取得的进步和成就的主题报告。我们通常说，当“农艺满足经济性需求”时,即可达到一种平街。而在参加了2015年greensys大会后,我们的问题变成了现在的技术是否仍能满足经济需求? 荷兰技术仍遥遥领先

silke hemming博士再一次展示了瓦赫宁根大学所具各的非凡措力以及所取得的巨大成就。节能、 能源可持续性发展以及限制碳排放是荷兰园艺农业发展的首要目标。 silke博士向人们介绍了一种隔热性能出色的西红柿温室，这种温室与普通温室相比在供暖方面可实现 50-70%的节能效果。人们已通过chp(热电联产)技术提高了能量效率，而且该技术已经快速地被种植者所采纳,截止到2013年底，在荷兰约10000公顷的温室总面积中，该技术已覆盖近7000公顷。使用可持续性能源的温室公司増加到128家;此类温室的面积増加到了529公顷;采用地热和生物械料的温室面积分别达到了134和132公顷。还有一项温室研究分支重点探索如何在光照强度较低时,最大限皮地利用白然光。科研人员已经证实，当光照成为影响作物生长和发言的制的因素时，光照强度每增加1%，产量就可以提高1 %。为了优化温室屋顶的角度、朝向、形状和施工材料,人们开发出了3d光线跟踪模型，用于优化温室屋顶的角度、方向、形状和建筑材料，以及各种防反射法层的光散效果, 还有亲水凝结特性在冬季对光线的传送。散射光最大的优点是它可以达到并被作物中部的叶片吸收,可以增加作物此处的光合作用。这样，这些叶片的干物质含量会更高,作物的形态和发高更佳。此外，散射光还有助于促进生殖生长并加快果实发育, 让果实变得更重,借助这些全新温室理念所采取的措施,预计作物可额外地获取10-20%的自然光照。

第一批研究结果表明,温室屋项呈东西走向的芬洛型温室与南北走向的温室相比,在冬季可额外提供2-4%的光照。东西走向的温室, 屋顶最佳角度为20-25度。温室的结构可以改变，可实现光照增加2-4%。温室屋顶如果采用高反光结构外形，光照可再增加4-6%。而现代的防反射玻璃涂层可使透光率提高4-8%。如果根据屋顶角度对防反射涂层进行优化, 还可以得到更多的光照。亲水玻璃表面拥有最佳的冷接特性, 能够将温室内的光照量最多提高8%。使用新型通明防虫网材料，可得到的光照量可再提高2-4%。此外，荷兰温室能行业还通过采用除湿装置 (覆盖面积1146公顷)、光散射玻璃 (123公顷) 和led人工照明(8公顷) ，进一步提高了能源效率。配备有热泵以及通过含水层所储热量进行季节性供暖的半封闭式温室的覆盖面积已达229公顷。

温室内装有多个无线传感器，用于测量温度和湿度分布。 有多种创新的基于wed的决策支持模型已经投入使用，这样，人们可以深入地了解气候分布, 进而预测作物的病害风险。针对这种新型气候控制战略，人们还开发了“漫游式气候测量箱”以及“葡萄孢菌警报”技术。这些技术可以根据温室内湿度最高和温度最低的点, 自动控制温室内的气候。这样，最多可实现10%的节能，而且可最大限度地降低葡萄孢菌爆发的风险。此外,科研人员还成功地研发了两款新型的作物实际光合作用测量告感器，这两款产品还部处于实地测试阶段。这些传感器分别基于a. )温室的二氧化照平衡情況以及b. )作物叶绿素荧光素的测量 (采用、裁光和据像头技术测量)结果。将来，人们计划将这些信息直接用于温室气候控制或作物管理。

cfd(计算流体力学)在设计中越来越重要

在2015greensys大会上,有多篇论文都介绍了一种较为新频且发展迅速的温室设计理念。这种引人注目的方法就是计算流体力学(cfd) ,在本次会议上，至少有3篇演讲以及数十篇海报论文与这一“热门”主题有关。由于该方法比较复杂，而且一般要通过一系列的多项式方程组进行表示，因此，在这里我们只能像来自亚利桑那州大学的murat kacira在大会上所做报告一样，仅做一些定性描述。 cfd是一种成熟的高效工程设计工具，它可用于表征和研究在cea系统中对各种环境变量有控制作用的各种复杂的物理和化学现象。我们身边几乎所有的复杂系统在设计中都会用到计算流体力学方法。这种方法可以模拟那些难以通过试验进行研究的复来流体物理观象，例如全尺寸地模拟船只和飞机、环境影响因素(风力、气候等) 、危险等(如爆炸、辐射和污染) 。国1大体地描述了可通过集成cfd 建模同时解决的各种温室设计问題。

科研人员在使用 cfd方法进行温室系统建模方面已经取得了多项重要成果，这些成果涉及以下领域:自然通风、风扇通风、防虫网、作物蒸腾、供暖系统、太阳辐照、孢子传播冷却系统( 造雾、加湿垫和风扇)、虫害分布与传播、湿度控制与冷凝,二氧化碳分布(请参见图2)、光合作用以及温室系统中所集成的一些替代能源等。

这些基于虚拟实际的研究可在分析设计要素和工作条件时，帮助我们降低成本和缩短时间。同时，利用这些研究，研究人员、设计人员、生产商、项目经理和种值者可以做出基于实际情况而非“个人直觉"的决策。 cfd建模最初仅用于流体流动分析, 现在该方法经过发展已经能够处理物理、化学、生物等多种领域中更加复杂的模型集成问题，并在cea系统中大显身手。不过，大量研究指出，我们必须要通过现场试验对复杂或简单cfd的研究结果进行验证。然而，要对用于cea系统的cfd模型进行验证，我们需要开发一系列的验证标准或基准。同时，还必须增强研究活动中所得到的cfd结果与决策流程和体系之间的关联性。此外,尽管复杂cfd模型的开发有了很大进步，但是，大部分模型的水平仍受计算能力和所使用的软件平合的限制。然而，现代计算机计算能力的不断増强使得入们可以探素和实现0fd建接的独特用途。随着所要解决的问题变得越来复杂以及cea系统所面临的挑战越来越艰巨，研究人员之间必须要继续并加强跨专业协作。

半干旱和干旱地区温宝设计的特殊要求

如前文所述, 最近十年来, 温室种植己经由冬季严寒地带向冬季温暖地帯发展,而且这些新温室种植区域大多位于半干旱和干旱地区。这些地区具有以下特点(1) 夏季极为炎热而又漫长 (温度起过45度) ;(2)太阳辐照强(毎日总和达到30mjm2);(3) 沙生和干燥天气(中午的大气相对湿度≤10%) ;(4)缺乏水资源或为盐碱水。

来自西班牙阿尔梅内亚大学的e.j.baeza博士在主题报告中, 总结了此类温室需要具有的一些主要特性: a. )此类温室要采用玻璃、pe、pvc、聚碳酸酯、 f- clean等par (光合成有效辐射) 的优质材料覆盖且要经常清洁维护，这样才能保证良好的par光透射率。必须通过喷水或各种清洁设备, 经常清理温室屋顶的积生。塑料覆膜的光透射性降低的非常快, (如图3所示)，需要经常更換。b. )进行有效通风，应能够吹散温室顶部区域积聚的大量热负荷。大型的屋顶通风口对于实现此目标至美重要。不过清注意，如果这些通风口是位于屋顶 , 务必要避免水平通风口下垂, 否则会降低透光度。当热负荷较高时，通风率应达到至少每小时换气30次。 c. )空间宽敞且具有良好的防虫和防尘效果。这表示这些温室应高约6米,这样所有的热空气可以积索于顶部3米的空间内，在作物所处的下方三米的空间内温度适宜。 d.)防风结构。 e.)综合采用多种方法来实现高输出和高效率的冷却系统，例如加湿垫和风扇系统或通风+造雾，这些都可以产生有效的冷却!通过这种设置, 温室内部温度最多可以降低12°c,相对湿度可增加30%。此类系统需要采用低矿物质水,而这种水源在干旱那境中一般难以找到。因此，应使用酸化水定期处理加湿垫，以清理所积的水垢。需要通用合理的控制器来避免作物过度受潮。切记，在相对湿度较高的炎热季节，基于蒸发的冷却系统效果甚微。 f.)遮阳帘或白色涂料是降低温室内热负荷的量要手段。一方面，遮阳可以降低光呼吸和蒸腾作用，因此作物可以长得更好; 但另一方面,遮阳也会降低光强度，进而影响产量。如果使用了遮阳帘，最好将其装在屋顶以上的特定高度，以避免因遮阳帝吸热而带来的额外热负荷。无论如何，移动式遮阳帘部是最住选择。 g.) 能够实现更高的用水效率(wue)的辅助配套系统，如水除盐设施、封闭灌溉系统。使用可持续性能源，例如太阳能电池板、将温室内的有机垃圾转化为热量和二氧化碳(生物加热);使用面积极大且做有保温层的水箱作为热缓冲带，这样当环境温度较高时( 例如白天和夏季)，可将温室冷度较低时(例如夜间和冬季) , 又可为温室提供加热效果。

当今趋势：楼顶温室和室内种植工厂

其他仍处于早期实践阶段的相对较为新颖的理念包括楼顶温室以及被称为“种植工厂”的室内种植设施，请见图4。此类设施的一些主要优点如下: a).土地占用量极低; b).最大限度地降低了耗水和耗肥量;c).几乎可以忽略生产-运输成本。 d).无论气候或地点如何，可以全年种植新鲜、无农药的农产品。

来自西班牙巴塞罗那自治大学的j.l.monterot博士为大家展示了一处已经正常投入使用的楼顶温室，见图5。假设将所述的种植模式运用于坐落在巴塞罗那zona franoa工业园内的一处面积为13耳能源和减排850吨二氧化碳。

图5巴塞罗那自治大学的功能性楼顶温室

当前的水效率(wue)研究大多都是在徴型设施内开展的。在此类研究中，人们针对叶子的某一部位或整片叶子，来测量影响 wue的各种参数。很显然，由于研究规模较小，此类研究易出现多种误差。

来自以色列ar0 的m.teitel博士为大家介绍了一种全新的方法,他采用了气密温室来进行此类研究(包括覆盖土壤的不可渗透性塑料膜)。这种研究方法由于规模更大,读数都是基于数百株作物的性能，因此，结果能够更加真实地反映实际情况。研究中，科研人员要同时测量进入和流出温室的气体量以及相应的光照强度、相对湿度、温度和风速。人们发现，在大多数时间用水效率几乎是恒定的。每天清晨和傍晚时分，用水效率一般要高千中午。其中, 辣椒的用水效率值的范围为6-9 x10- 3molco2molwater-1。通过逐步将通风率上调至100% (0.0273至0.0546m3s-1m-2),用户效率提升了近一倍,见图6。叶片周围空气边界层厚度的变化对水蒸气流通量的影响超过对二氧化碳流通量的影响这一事实，也为这一结果提供了佐证。令人惊讶的是, 在某些情况下风速的提高会抑制蒸腾率。这是由于可感热通量、叶片温度,叶片一空气蒸发压力差以及潜热通量之间存在相互影响的效果。该模型的预测结果表明,当风速较高时，作物可在更低的蒸发率下保持同样的叶片气孔导度 (影响水分蒸发和二氧化碳的吸收) 。如果这种影响存在于大多数叶片之中, 可能会对整个树冠的用水效率产生量要影响。由于高湿度环境会提高用水数率，采用风扇和加湿垫系统与仅提供通风相比,可将用水效果提高约70%

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