為溫室注入“綠色”

嘗試透過減少能源使用使溫室更加環保


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玫瑰和其他鮮切花總是應季的——如果說情人節更受歡迎的話——這要歸功於溫室。這些暖房提供了一個溫暖、安全的環境,各種植物都可以在其中全年茁壯成長。但是,對植物有益的,對地球可能並不有益。事實證明,在節能方面,溫室並不那麼“綠色”。

美國情人節的大部分玫瑰,以及鮮切菊花和康乃馨——全球最受歡迎的三種鮮切花——都在哥倫比亞種植。即使在靠近赤道的地方,那裡的溫度和陽光已經非常適合這些花卉,種植者仍然使用溫室來減少害蟲侵擾和真菌感染,以及控制植物獲得的水量。

但在其他氣候條件下,室外極端溫度意味著溫室必須加熱或冷卻。荷蘭就是一個典型的例子。夏季的陽光使室內溫度升高到如此之高,以至於植物會死亡,除非種植者開啟溫室的窗戶,但這實際上是將能量送出窗外。而在北歐等地,冬季陽光非常稀少,溫室必須用植物生長燈加熱,這需要能源。

但溫室在荷蘭是一項大生意;它們佔荷蘭農業能源消耗的近 80%。荷蘭還向美國銷售溫室結構元件,並且是世界三大農產品出口國之一,與美國和法國並列。其出口產品包括鮮切花、苗圃 stock 和食品植物,如西紅柿、黃瓜和甜椒——大部分是溫室種植的。

因此,荷蘭人正在努力使溫室“綠色化”也許並不令人驚訝。直到最近,改善溫室的大多數努力都包括安裝更厚的絕緣材料或在夏季遮擋陽光。但荷蘭瓦赫寧根大學的農業工程師皮特·索內維爾德和他的同事們設計了一個原型溫室,該溫室創造了一個適合荷蘭農作物的室內環境,並在過程中節省了能源。

他設計了一種特殊的可移除薄膜,可以阻擋近紅外輻射——這是一種太陽光波長,如果不濾除,會在夏季導致植物過熱和受損。這種薄膜只有 80 微米厚(一微米約等於十萬分之四英寸),但包含數百層塑膠聚合物,可以濾除紅外線,同時允許植物所需的可見光透過。在冬季,當需要加熱時,可以移除薄膜。

但索內維爾德的團隊也希望使他們的溫室實現能源自給自足。為了實現這一目標,研究人員使用光伏電池將部分陽光轉化為電力。為了最大限度地利用全年陽光,索內維爾德為溫室設計了一個特殊的彎曲屋頂。曲線將光線聚焦在太陽能電池簇上——在屋頂的每個 5 x 11 平方英尺(0.5 x 1 平方米)的部分中有六個。曲線就像一個放大鏡,將陽光集中在電池上,使其強度提高 30 倍。由太陽能電池供電的電機反過來移動大型執行臂,以重新定位太陽能電池,使其跟隨太陽在天空中的軌跡,從而全年實現最有效的角度。



原型自 6 月以來一直在執行。太陽能電池現在提供所需能量的 98%,但索內維爾德希望到 2020 年將其提高到 100%。能源自給自足的溫室也可以用於缺電的沙漠地區。另一個優點是:“減少通風可以將更多的 [導致氣候變化的] CO2 [二氧化碳] 保留在溫室中,並使植物生長得更好,”索內維爾德說。

索內維爾德的改進也可能對美國有利,儘管這裡目前的趨勢是建造更大的溫室。《溫室種植者》行業期刊追蹤了美國前 100 名溫室種植者。2008 年榜單上的第一名是 Color Spot Nurseries,其溫室面積總計 1365 萬平方英尺(127 萬平方米)。在其位於加利福尼亞州福爾布魯克的基地,43 個溫室每個佔地 58,500 平方英尺(約 5,400 平方米)。相比之下,典型的歐洲溫室約為 1,075 平方英尺(100 平方米),而索內維爾德的溫室僅為 107.5 平方英尺(10 平方米)。

根據索內維爾德的說法,使用索內維爾德的設計建造這種超大型規模的溫室將過於昂貴,估計每平方英尺的成本將增加 128 美元至 192 美元,大約是現在成本的兩倍。

但大型溫室仍然需要阻擋夏季的陽光,並且必須全年保持均勻的室內溫度。Color Spot 福爾布魯克苗圃的維護經理特里·肖爾斯說,他的公司使用多層紫外線處理塑膠。紫外線處理可以保護塑膠免受陽光分解。溫室內部稱為鼓風風扇的小型鼓風機將空氣吹過巢狀在兩層塑膠內部的管道。風扇每天 24 小時執行,以維持一個靜止的空氣空間,透過將溫度保持在華氏 65 度(攝氏 18 度)左右來幫助溫室隔熱,並保護植物免受溫度波動的影響。在夏季,工作人員噴灑一種具有白堊稠度的白色油漆,這種油漆是專門用來反射陽光的,但很容易去除。隨著寒冷的冬季來臨,他們用掃帚將其擦掉。冬季,至少在聖地亞哥地區,通常足夠溫暖,因此加熱器只需在 10% 的時間內使用。

估計顯示,溫室使用的能源中有 80% 以上用於此類供暖。在中西部等冬季寒冷的地區,種植者在整個寒冷季節都使用加熱器來保持華氏 65 度的溫度。正如暖空氣會從房屋中滲出一樣,它也會從溫室中洩漏。在密歇根州大急流城的 Neal Mast & Son 公司,營運長兼所有者吉姆·馬斯特表示,使用熱水鍋爐系統供暖佔公司能源成本的大部分。

為了抵消這些成本,馬斯特還使用風扇將空氣吹過塑膠層。這種“氣枕”可以像房屋隔熱材料一樣隔離牆壁並保持熱量,從而最大限度地減少鍋爐的執行時間。他沒有用多層白堊白色油漆屋頂,而是使用由鋁和聚乙烯製成的窗簾,這些窗簾橫跨溫室的內屋頂並遮蔽整個地面區域。窗簾在白天開啟以讓陽光進入,然後在黃昏時拉上;馬斯特估計,使用該系統每天可節省 30% 的能源。

對於商業種植者來說,能源成本是繼勞動力和庫存之後的第三大支出,但弄清楚溫室使用了多少能源並不容易。氣候、規模、建築材料和供暖系統都決定了能源消耗量。威斯康星大學麥迪遜分校有一個 線上工具,美國種植者可以使用該工具來計算哪些節能技術最經濟;它還提供了基準能源成本。

威斯康星大學麥迪遜分校的推廣專家斯科特·桑福德使用了 線上工具 來比較兩個 23,400 平方英尺(2,175 平方米)的溫室,一個玻璃溫室,另一個塑膠(雙層聚乙烯)溫室——這兩種材料都是建造溫室常用的材料。他使用了最 inefficient 的加熱器,並將溫室白天保持在華氏 65 度,晚上保持在華氏 70 度(攝氏 21 度),以計算一年將使用多少熱量單位:他發現玻璃溫室使用了 88,339 熱量單位,而雙層聚乙烯溫室燃燒了 52,900 熱量單位。(1 熱量單位等於 100,000 Btu,是天然氣使用的銷售單位;Btu,或英國熱量單位,是將一磅液態水在特定溫度(例如華氏 39 度)下,在 1 個大氣壓的恆定壓力下升高華氏 1 度的熱量。)

選擇哪種節能材料將取決於哪種對種植者來說最具成本效益。“在溫室行業,”桑福德說,“人們會選擇能源效率,因為保持溫室成本低廉是他們能夠繼續經營下去的唯一途徑。”

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