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玫瑰和其他鲜切花总是应季的——如果说情人节更受欢迎的话——这要归功于温室。这些暖房提供了一个温暖、安全的环境,各种植物都可以在其中全年茁壮成长。但是,对植物有益的,对地球可能并不有益。事实证明,在节能方面,温室并不那么“绿色”。
美国情人节的大部分玫瑰,以及鲜切菊花和康乃馨——全球最受欢迎的三种鲜切花——都在哥伦比亚种植。即使在靠近赤道的地方,那里的温度和阳光已经非常适合这些花卉,种植者仍然使用温室来减少害虫侵扰和真菌感染,以及控制植物获得的水量。
但在其他气候条件下,室外极端温度意味着温室必须加热或冷却。荷兰就是一个典型的例子。夏季的阳光使室内温度升高到如此之高,以至于植物会死亡,除非种植者打开温室的窗户,但这实际上是将能量送出窗外。而在北欧等地,冬季阳光非常稀少,温室必须用植物生长灯加热,这需要能源。
但温室在荷兰是一项大生意;它们占荷兰农业能源消耗的近 80%。荷兰还向美国销售温室结构组件,并且是世界三大农产品出口国之一,与美国和法国并列。其出口产品包括鲜切花、苗圃 stock 和食品植物,如西红柿、黄瓜和甜椒——大部分是温室种植的。
因此,荷兰人正在努力使温室“绿色化”也许并不令人惊讶。直到最近,改善温室的大多数努力都包括安装更厚的绝缘材料或在夏季遮挡阳光。但荷兰瓦赫宁根大学的农业工程师皮特·索内维尔德和他的同事们设计了一个原型温室,该温室创造了一个适合荷兰农作物的室内环境,并在过程中节省了能源。
他设计了一种特殊的可移除薄膜,可以阻挡近红外辐射——这是一种太阳光波长,如果不滤除,会在夏季导致植物过热和受损。这种薄膜只有 80 微米厚(一微米约等于十万分之四英寸),但包含数百层塑料聚合物,可以滤除红外线,同时允许植物所需的可见光通过。在冬季,当需要加热时,可以移除薄膜。
但索内维尔德的团队也希望使他们的温室实现能源自给自足。为了实现这一目标,研究人员使用光伏电池将部分阳光转化为电力。为了最大限度地利用全年阳光,索内维尔德为温室设计了一个特殊的弯曲屋顶。曲线将光线聚焦在太阳能电池簇上——在屋顶的每个 5 x 11 平方英尺(0.5 x 1 平方米)的部分中有六个。曲线就像一个放大镜,将阳光集中在电池上,使其强度提高 30 倍。由太阳能电池供电的电机反过来移动大型执行臂,以重新定位太阳能电池,使其跟随太阳在天空中的轨迹,从而全年实现最有效的角度。
原型自 6 月以来一直在运行。太阳能电池现在提供所需能量的 98%,但索内维尔德希望到 2020 年将其提高到 100%。能源自给自足的温室也可以用于缺电的沙漠地区。另一个优点是:“减少通风可以将更多的 [导致气候变化的] CO2 [二氧化碳] 保留在温室中,并使植物生长得更好,”索内维尔德说。
索内维尔德的改进也可能对美国有利,尽管这里目前的趋势是建造更大的温室。《温室种植者》行业期刊追踪了美国前 100 名温室种植者。2008 年榜单上的第一名是 Color Spot Nurseries,其温室面积总计 1365 万平方英尺(127 万平方米)。在其位于加利福尼亚州福尔布鲁克的基地,43 个温室每个占地 58,500 平方英尺(约 5,400 平方米)。相比之下,典型的欧洲温室约为 1,075 平方英尺(100 平方米),而索内维尔德的温室仅为 107.5 平方英尺(10 平方米)。
根据索内维尔德的说法,使用索内维尔德的设计建造这种超大型规模的温室将过于昂贵,估计每平方英尺的成本将增加 128 美元至 192 美元,大约是现在成本的两倍。
但大型温室仍然需要阻挡夏季的阳光,并且必须全年保持均匀的室内温度。Color Spot 福尔布鲁克苗圃的维护经理特里·肖尔斯说,他的公司使用多层紫外线处理塑料。紫外线处理可以保护塑料免受阳光分解。温室内部称为鼓风风扇的小型鼓风机将空气吹过嵌套在两层塑料内部的管道。风扇每天 24 小时运行,以维持一个静止的空气空间,通过将温度保持在华氏 65 度(摄氏 18 度)左右来帮助温室隔热,并保护植物免受温度波动的影响。在夏季,工作人员喷洒一种具有白垩稠度的白色油漆,这种油漆是专门用来反射阳光的,但很容易去除。随着寒冷的冬季来临,他们用扫帚将其擦掉。冬季,至少在圣地亚哥地区,通常足够温暖,因此加热器只需在 10% 的时间内使用。
估计显示,温室使用的能源中有 80% 以上用于此类供暖。在中西部等冬季寒冷的地区,种植者在整个寒冷季节都使用加热器来保持华氏 65 度的温度。正如暖空气会从房屋中渗出一样,它也会从温室中泄漏。在密歇根州大急流城的 Neal Mast & Son 公司,首席运营官兼所有者吉姆·马斯特表示,使用热水锅炉系统供暖占公司能源成本的大部分。
为了抵消这些成本,马斯特还使用风扇将空气吹过塑料层。这种“气枕”可以像房屋隔热材料一样隔离墙壁并保持热量,从而最大限度地减少锅炉的运行时间。他没有用多层白垩白色油漆屋顶,而是使用由铝和聚乙烯制成的窗帘,这些窗帘横跨温室的内屋顶并遮蔽整个地面区域。窗帘在白天打开以让阳光进入,然后在黄昏时拉上;马斯特估计,使用该系统每天可节省 30% 的能源。
对于商业种植者来说,能源成本是继劳动力和库存之后的第三大支出,但弄清楚温室使用了多少能源并不容易。气候、规模、建筑材料和供暖系统都决定了能源消耗量。威斯康星大学麦迪逊分校有一个 在线工具,美国种植者可以使用该工具来计算哪些节能技术最经济;它还提供了基准能源成本。
威斯康星大学麦迪逊分校的推广专家斯科特·桑福德使用了 在线工具 来比较两个 23,400 平方英尺(2,175 平方米)的温室,一个玻璃温室,另一个塑料(双层聚乙烯)温室——这两种材料都是建造温室常用的材料。他使用了最 inefficient 的加热器,并将温室白天保持在华氏 65 度,晚上保持在华氏 70 度(摄氏 21 度),以计算一年将使用多少热量单位:他发现玻璃温室使用了 88,339 热量单位,而双层聚乙烯温室燃烧了 52,900 热量单位。(1 热量单位等于 100,000 Btu,是天然气使用的销售单位;Btu,或英国热量单位,是将一磅液态水在特定温度(例如华氏 39 度)下,在 1 个大气压的恒定压力下升高华氏 1 度的热量。)
选择哪种节能材料将取决于哪种对种植者来说最具成本效益。“在温室行业,”桑福德说,“人们会选择能源效率,因为保持温室成本低廉是他们能够继续经营下去的唯一途径。”