温室能源管理系统研究进展.docx

温室能源管理系统研究进展温室能源管理系统研究进展 打开文本图片集 摘要：温室能源管理系统是温室生产管理的重要组成部分，该系统在环境调控的基础上通过对温室各供能和耗能设备运行状态监测、计量与计算分析，依据能源优化策略管理并规划能源调度与分配，达到节能降耗、提高经济效益的目的。设施园艺发达国家将能源管理系统作为独立功能组件选择有效能量来源为温室生产提供适宜热量、二氧化碳及光环境以提升能源效率和温室可持续发展，在理论研究与实际应用方面都处于领先位置。我国对温室节能的研究多集中于节能设施、结构材料、环境监控等方面，缺少从系统角度考虑的综合能源管理软硬件系统。在分析当前温室能源消耗和节能管理研究应用现状的基础上，提出并介绍温室能源管理系统的基本功能模块与构架组成，详细综述能源计量检测、能源信息管理、能源优化调度决策等关键技术研究进展，探明温室能源管理系统存在的问题及在国内应用可行性，为温室能源管理系统在我国温室生产中的应用提供依据。 关键词：温室；能源管理系统；检测；节能；优化 中图分类号： S625.5+1文献标志码： AHK 文章编号：1002-1302（20XX）03-0014-06HS）HT9.SS HJ1.3mm 收稿日期：20XX-02-24 基金项目：农村领域国家科技计划（编号：20XXxxxx202）。 作者简介：孙俊林（1991），男，河北邢台人，硕士研究生，主要从事通信与信息系统、农业信息化方面研究。E-mail：xxxx。 通信作者：张馨，博士，副研究员，主要从事设施环境调控与能源管理方面研究。E-mail：zhangx。HJ JP2能源管理系统是20世纪90年代末发展起来的一项系统性节能技术，它利用过程控制技术、检测技术、优化理论、数据库技术等对能源系统进行全面监控，从而为能源调度和分配提供依据，通过系统化管理来达到高效利用能源和节约能源的目的1。目前，能源管理系统已经被广泛应用于钢鐵企业、电厂、楼宇、家居等领域2-7，通过对各项能耗的监测、计量、评估分析从而制定出最优化的节能控制策略8，取得了显著成效。JP 温室作为现代农业发展的载体，在能源日益紧缺的今天，如何把能源管理系统应用到现代温室生产管理中已成为当前关注的热点。目前，荷兰、以色列、美国等发达国家在温室能源管理方面取得了很好成效，商业化应用的能源管理系统大幅度提高了温室能源利用效率，取得了一定的经济效益，进一步推动了温室产业的可持续发展。我国先进的设施形式如人工光型植物工厂、连栋温室等由于过高的能源消耗只能用于育苗、花卉、苗木等高附加值植物生产，但运营多有亏损，直接制约我国智能温室的推广普及；应用较多的日光温室、塑料大棚由于环境调控设备简易，具备调控条件的很少考虑能源情况，管理粗放，能源利用率低。为解决温室能源消耗与管理问题，近几年，也开展了温室能源管理方面的研究，很多限制在单个或多个节能技术与设备，多数温室没有系统能源管理，虽然一些大型温室也成套引进了国外能源管理技术，但受气候、设备等条件限制，引进的节能技术并不完全适合我国国情9，低效率、高能耗问题一直没有解决。因此，我国急需加大对温室能源管理的研究，开发适合我国国情且低成本的能源管理系统，可以对温室环境变量和耗能设备的能耗情况进行实时监测，并根据监测数据制定精确的针对性优化能源管理控制策略。若将其合理运用于温室产业，将会大幅降低温室能源消耗，减少生产成本，有助于我国连栋温室和植物工厂的普及，推动日光温室生产现代化，对我国现代化设施农业发展具有十分重要的现实意义。 笔者对当前温室能源消耗及节能管理研究现状进行总结分析，提出并介绍温室能源管理系统的基本功能模块与整体架构，综述了计量检测、信息管理分析、优化调度决策等方面的研究进展，提出温室能源管理系统存在的问题以及相关发展方向，为我国温室生产中系统性能源管理系统的研究发展提供依据。 1温室能源消耗及节能管理 1.1温室能源消耗 温室环境是在不断变化的外部气候条件下，完全运用能源营造出适宜农作物生长的环境，具有高投入、高产出、高能耗等特点。整体来看，当前温室生产中冬季加温、夏季降温除湿等能源消耗占总生产成本的10%40%，高纬度地区温室能耗甚至占到温室生产成本的50%60%10。因此，温室能源消耗分析对于降低生产成本至关重要。 连栋玻璃温室中，徐大成研究了引进连栋玻璃温室的耗能情况：1995年，北京引进以色列连栋温室，1个冬季加温耗煤量达到1 300 t/hm2；1996年，辽宁省北陵兰花开发有限公司引进荷兰玻璃温室，1个冬季耗煤量多达2 300 t/hm2；1995年，上海孙桥、东海园艺场引进的2栋荷兰玻璃温室，1年的运行费用中，加温的燃料费用分别占生产成本的 33.91%、33.81%；引进的玻璃温室在43°N以上地区，燃料费用占到了生产成本的60%70%11。Pieters等建立了欧洲西部地区玻璃温室内太阳能传输模型，可以计算出温室加温控制的能源消耗量12。姚益平等以Venlo型连栋温室和温室主栽作物黄瓜为研究对象，利用温室能耗预测模型和作物生长模型，模拟预测了在商业化生产中常用的2种不同温室控制策略下连栋温室黄瓜周年生产所需的能耗和潜在产量，既而计算出黄瓜的单位生产能耗，得出不同温度控制策略下黄瓜单位产量能耗差异并不明显，平均在8%以内，但在增施CO2的情况下可以降低单位产量能耗高达29%67%13。 日光温室及塑料大棚中，柴立龍等在北京地区日光温室中采用地下水式热泵系统进行了供暖试验研究，计算对比了地源热泵供暖、天然气供暖、燃煤热水供暖以及燃油热风供暖的能耗成本，得出其相对运行费用分别为1.20、1.31、1.00、3.36，与燃煤热水采暖系统相比，地源热泵系统供暖可节约42%的能耗，整体对比情况见表114。Cemek等分析了不同的覆盖材料和冷凝速率对温室采光的影响15，为研究不同覆盖材料的日光温室能耗提供了理论依据。孙心心等对日光温室中的新型复合相变墙进行了实测分析，验证了复合相变材料应用于温室墙体中的节能降耗作用16。籍秀红通过试验表明，夜间墙体内表面对室内的累计散热量作为综合评价指标能够全面评价日光温室墙体的热性能17，从而为日光温室的节能降耗设计提供了有效理论指导。塑料大棚中，李胜利等对不同层次简易覆盖的巨型塑料大棚的温度特征进行了研究，反映出不同覆盖材料塑料大棚的能源损耗情况18，为塑料大棚的节能建设提供了理论依据。 3