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。