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介绍新型太阳能大棚节能保暖系统

来源:
时间:2015-12-30 16:06:00
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介绍新型太阳能大棚节能保暖系统文/刘长宝我国北方无霜期短,冬季寒冷又漫长,极大地制约了我国北方农业的发展。为了在冬季继续生产,部分农民搭建了可以越冬的大棚,也称日光温室或暖棚。目前

文/刘长宝

  我国北方无霜期短,冬季寒冷又漫长,极大地制约了我国北方农业的发展。为了在冬季继续生产,部分农民搭建了可以越冬的大棚,也称日光温室或暖棚。目前暖棚大致有两种,一种是燃煤型的,多为直接燃烧或者暖气供暖,成本很高,产品售价也高,竞争力差,居民只在春节时少量消费,销量不大;另一种是传统的太阳能暖棚,普遍都存在以下问题,造价高,每亩一般在15万到30万元;使用成本高,多以水泵作为循环动力,24小时开泵运行,非常费电;抗风险能力差,并且一旦停电,高耗电暖棚的保暖功能立刻丧失,容易产生冻害,以上种种问题,造成我国北方冬季暖棚很少投入使用,正在使用的暖棚都是靠北的位置立一道较厚的土墙用作挡风,加上草帘,夜间气温在2~5℃左右,只能种植油菜、萝卜等低档蔬菜,农民收入不高,导致大量土地基本闲置,农民冬闲或外出打工。

  受此影响,北方城市居民冬季食用蔬菜以冬储蔬菜为主,此类蔬菜营养成分较差,不能满足人们日益增长的食用新鲜蔬菜的要求。市场上流通的外地菜,由于长途运输等原因价格偏高。另外,冬季北方的养殖业受寒冷气候影响,牲畜在冬季不长膘甚至掉膘,致使农户面临经济损失。所以,建设一种有保暖功能而且节能而且造价低的暖棚,并且是农民既建得起、又用得起的暖棚,成为企业亟待解决的问题,本项目为此设计,它可以填补市场空白,具有广阔的发展前景。

  1项目技术及优越性能简介

  项目采用最新大棚节能保暖系统,该系统于2015年4月1日获得国家专利局实用新型专利授权(见图1)。它主要包括蓄热装置、太阳能集热器、土壤加热装置、散热装置等,通过科学、合理地排工作流程,尽量利用自然规律,自动完成集热和散热循环。对于必要用电环节,做到了用电时间短、使用设备少。本系统唯一用电环节,在于清晨将散热水箱的水泵入蓄热水箱。以每亩1棚的标准为例,用1台0.75千瓦水泵工作1小时即可,耗电仅相当于普通传统太阳能保暖大棚的5%。由于对电力依赖少,即使停电,也可使用备用发电机带动水泵工作,抗风险能力强。该系统性能优良,可以克服传统保暖大棚造价高以及保暖成本高的弊端。另外,该系统不但冬天保暖,而且夏天对于大棚内的植物也有降温作用,产生的热水也可供给化工、纺织、餐饮、宾馆等行业,一年四季皆可使用,属于优质的农业设施项目,我国南北方均适用,性价比极高。

  2项目投资概算及主要建设内容(见图2)

  本项目主要建设内容与普通大棚相比,需额外投资部分主要是(以蓄热水重20 吨为例):(1)建造20 个保温储水装置,每个容量2吨,大棚顶部串联10个水箱,合计20吨;大棚地下串联10个水箱,合计20吨用于接收顶部水箱的水。上水箱与下水箱合成一个供热单元,所有供热单元串联成为大的单元,棚内可根据温度需要增减、开闭供热单元,根据当地气候情况灵活调整。水箱材质可以用塑料桶外加钢筋固定架,防止塑料受热变形,外加保温层,或用其他性价比更高的材质。高位水箱用角钢搭配支架固定。

  (2)每亩数量1300根左右的太阳能真空管,来连接到顶部的蓄热装置,可根据当地日照效果增减。如果真空管采光不够导致水箱温度达不到要求温度的话(一般50℃即可),可以把大棚建设成为阴阳棚,阳棚种植喜光的蔬菜,阴棚种植不喜光的蔬菜(蘑菇等)或养殖一些不喜光又耐寒的动物(长毛兔等),阴棚的上方再增加太阳能真空管即可使水箱达到要求的温度。阴棚的蘑菇或者兔子呼出的二氧化碳可为阳棚的蔬菜利用,可代替化肥使用,动物的粪便也可作为肥料使用。混养或者混种已经有很多成功先例,是性价比很高的现代农业生产方式。

  (3)0.75千瓦水泵1台,扬程3米,最好三相电。

  (4)连接管件、阀门若干。

  (5)大棚保温棉帘。

  具体概算还受当地建材价格影响。但整体造价并不高,预计在普通大棚成本的基础上,再增加4万左右。预计产品寿命在15年,建设投资5年即可全部回收。

  3大棚节能保暖系统的简要说明

  3.1 实施方式1:利用重力进行散热循环

  安装连接设备:将蓄热装置1 与太阳能集热器2连接,土壤中安放土壤加热装置3,散热装置4埋于地下,连接蓄热阀门5、散热阀门6、水泵阀门7、水泵8,如图3所示。

  日间集热循环:太阳能集热器2对蓄热装置1的水循环加热,保温待用。此时蓄热阀门5、水泵阀门7关闭。

夜间散热循环:入夜蓄热阀门5、散热阀门6开启,蓄热装置1的水在重力的作用下,自动经土壤加热装置3 进入散热装置4。调节蓄热阀门5流量为一夜间恰好放完蓄热装置1 存水为宜,也可将其设置为随温度变化而自动调节流量。

  初始状态重置:清晨,将蓄热阀门5关闭,水泵阀门7打开,启动水泵上水,上水完毕后水泵阀门7关闭,重新开始新的循环。24小时工作时间内,只有此环节用电。

  3.2实施方式2:利用热水轻于冷水进行散热循环

  安装连接设备:将蓄热装置1 与太阳能集热器2连接,土壤中安放土壤加热装置3,散热装置4埋于地下,连接蓄热阀门5、散热阀门6、水泵阀门7、水泵8,如图3所示。

  日间集热循环:太阳能集热器2 对蓄热装置1的水循环加热,保温待用。此时蓄热阀门5、水泵阀门7 关闭。

夜间散热循环:入夜水泵阀门7 开启,将蓄热装置1 热水快速导入散热装置4,散热阀门6开启,由于热水轻于冷水,散热装置4 的热水会自动进入土壤加热装置3,冷水则由原路下行,如此不断重复,自动完成散热循环。调节散热阀门6流量使散热装置4 的热量在一夜间散发完为宜,也可将其设置为随温度变化而自动调节流量。

  初始状态重置:清晨,将水泵阀门7打开,启动水泵上水,上水完毕后水泵阀门7 关闭,重新开始新的循环。24小时工作时间内,只有此环节用电。

  本实用新型专利技术还有其他实施方式,亦可将以上列举的两种方式混合使用,以上列举的两种方式仅是对本实用新型专利技术进行的优化描述,并非对本实用新型范围进行限定,在不脱离本实用新型设计理念的前提下,任何各种变形和改进,均应符合本实用新型专利技术的权利要求书确定的保护范围内。

  4目标客户及效益分析

  4.1目标客户

  单一农户:单体规模小,但数量庞大,布局灵活,可以在荒山、边角地域建棚。

  大规模农业集团:一般处在城市或者交通要道周边,成片建棚,规模生产。

  4.2效益结构

  建造效益:公司可以接受客户的承建要求,直接建在客户的土地上,收取建造、维护、翻新、升级等费用。

自建使用效益:主要来自食品的错季效益,该效益来自居民强劲的健康饮食需求,也来自本专利带来的节能效益。由于本项目采用的是节能技术,所以蔬菜种植成本增加量不大。价格适中,产品竞争力强,相比那些使用高成本种植的蔬菜,使用本项目种植的蔬菜会有很大的利润空间。由于节能符合国家政策,会受到国家的扶持和优惠,也可享受到一定的补贴。农产品直接销往市场,获取风险性利润。

  出租效益:公司可以成片流转土地,建成后出租给种植户,收取租金,一般包销路,收取管理费用。种植户可在大棚内打工,增加收入,还能收取流转费,不承担经营风险,是政府欢迎的模式。

  旧棚改造效益:把节能保暖功能差的传统旧棚,按要求改造,收取改造费用。

  5市场前景

  5.1市场容量大

  我国长江以北有辽阔的土地,皆可适用本专利,而且南方由于冬季气温降低形成冰冻灾害的年份也在增多,部分地区也适用本专利。由于传统暖棚建造和使用成本高,投资回收期长,根据张家口市农业局调查数据显示,我国北方暖棚建设面积的国土覆盖率(以下简称“暖棚密度”)仅为0.072%,南方数据不详,应该是更低,暂设0.01%,如果采用最新大棚节能保暖专利技术,能缩短农户的投资回收期,可将暖棚密度大幅度提高,设10 年后我国长江以北提高到1%,长江以南提高到0.2%,国土陆地面积930万平方公里,农村土地面积占全国领土总面积的57.59%,北方面积占全国领土总面积的63.5%,南方面积占全国领土总面积的36.5%,每棚售价7 万,利润率20%,每平方公里1500亩,每棚占地1 亩,实用新型专利保护期10 年,则10 年效益计算过程如下:

  北方暖棚新增数量=中国陆地面积930 万平方公里×农村土地面积占全国领土总面积的57.59%×北方面积占比63.5%×暖棚密度增长(1%-0.072%)×1500 亩/ 平方公里×1 棚/ 亩=4734 万棚北方建棚新增利润= 新增4734 万棚×每棚售价7万×利润率20%=6628 亿南方暖棚新增数量=中国陆地面积930 万平方公里×农村土地面积占全国领土总面积的57.59%×南方占比36.5%×暖棚密度增长(0.2%-0.01%)×1500亩/平方公里×1棚/亩=557万棚南方建棚新增利润= 每棚售价7 万×利润率20%=780亿

  10年之后南北方新增利润合计约7000 亿,每年700亿,即使我们的市场占有率在50%,效益也是十分可观的。

  5.2获利模式多样

  投资机构可以承建、自建出租、自建自用、旧棚改造等,获利模式多样。一旦在专利保护期占领市场,以后的维护、翻新、升级等也有巨大获利空间,再加上建造成本不高,建棚的人会增多,大棚的密度会提高,投资公司的利润也会更加丰厚、稳定。

  5.3饮食居民消费需求大

  随着我国经济的持续快速发展,城乡居民人均可支配收入的明显增加,一年四季都能吃上新鲜蔬菜和动物蛋白,成为时尚的饮食追求,饮食行业受经济波动影响最小,有巨大而稳定的需求量,是大棚建设的原动力。

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