基于温室大棚工程管理中的节能减排措施研究

当全球平均气温较工业化前上涨 1.1^qC 时，极端气候对农业生产的威胁在不断加大。温室大棚作为设施农业的主要承载体，凭借人工调节小环境保障了农产品稳定产出，然而其传统运行模式是依靠化石能源的，让北方地区冬季每平方米供暖所耗能源达到 0.8-1.2 千克标准煤，碳排放强度跟露地栽培相比是其 3.8 倍。这种高碳模式不但拉高了生产成本数值，还导致土壤盐渍化、水体污染等环境问题，探寻温室大棚工程管理里的节能减排办法，对达成农业“双碳”目标以及推动农业高质量发展有着重要的现实意义。

一、温室大棚工程管理中节能减排的重要意义

（一）缓解能源危机的必然选择

就全球而言，化石能源消费占比还是高达 82%. 。我国设施农业一年里消耗的煤炭量逾 2000 万吨，仅冬季供暖就占农业总能耗的 35% ，以往传统燃煤锅炉热效率低于 60%^[1] 。而像空气源热泵这类清洁能源技术能把能源利用率提高到 85% 以上。目证实，采用以“地热井 + 空气源热泵”为组合的联合供暖系统，冬季供暖能耗和燃煤锅炉相比降低了 62.5% ，大幅减少了对不可再生能源的依赖度，为缓解全球能源危机提供了农业范围的解决手段。

（二）提升产业竞争力的关键路径

能源成本在温室大棚生产成本里占比为 25%-35% ，北方地区冬季供暖所花成本甚至超 50% 。山东寿光的调研数据表明，当大棚应用“光伏板 + 空气源热泵”系统后，年能源支出比传统燃煤模式节约 41.7% ，每亩可降低 5000 元的开支。节能减排以减少化肥农药的施用达成，优化农产品品质——精准施肥令蔬菜硝酸盐含量降低 22% ，借助生物防治，农药残留合格率从 85% 提高至 98% ，取得绿色认证的农产品价格可实现 30%-50% 的溢价，切实增强市场竞争水平，促进农业产业朝着高质量、高效益方向转变[2]。

（三）实现农业可持续发展的必要途径

我国设施农业每年碳排放总量达到 1.5 亿吨，在农业碳排放中占比 12%^13] 。施用化肥引发的土壤氮素挥发是主要的碳排放源头，过量地施肥让华北地区大棚土壤盐渍化面积达 35% ，有机质含量每年下降 0.3% ，形成“高投入、高污染、低产出”的恶性反复循环。利用精准施肥跟生物防治途径，可把化肥的用量减少 25% ，农药的用量减少 20% ，浙江丽水的项目表明，秸秆还田以及有机肥替代让土壤有机质上升 1.2% ，化肥施用投入量减少 40% ，切实控制农业面源污染，实现土壤生态修复，为农业可持续发展打下基础。

二、温室大棚工程管理中能源消耗跟碳排放的现状

（一）能源消耗结构失衡

北方地区供暖主要依靠的是燃煤锅炉，热效率仅维持在 50%-60% ，管网出现的热损失达 15%-20% ，能源浪费现象突出；南方夏季时空调降温能耗占比达到45% ，传统空调能效比仅仅是 2.8，距离一级能效标准相差甚远，降温开销极大。照明系统中高压钠灯的占比依旧为 70% ，发光效率低且热辐射量大，人工补光出现了 15%-20% 的能耗浪费现象；大部分灌溉水泵能效等级为IE1，未跟土壤湿度传感器实现联动，造成西北干旱区水分利用的比率仅 60% ，亩均的灌溉用水达到300 立方米的量，能源浪费与水资源浪费同时存在 [4]。

（二）碳排放来源多元且集中

能源活动直接排放的二氧化碳比例为 60% ，1 万平方米的燃煤大棚冬季所排放的 CO₂ 约 120 吨。同时还产生硫氧化物与氮氧化物污染，加大大气环境负担，化肥生产加上施用间接引起了碳排放，生产每吨尿素会伴随 0.8 吨 CO₂ 的排放，过量的氮肥造成的 _N2O 排放占农业总排放量的 18% ，连作障碍和盐渍化导致土壤每年流失0.5 吨有机碳，碳固存能力出现 30% 的下降，进一步扰乱生态系统的平衡，造成碳排放和土壤退化两方面的挑战。

三、温室大棚工程管理中节能减排措施

（一）能源高效利用技术体系构建

供暖系统借助“地热井 + 空气源热泵 + 相变储能水箱”实现多能互补，有效利用地下热能和空气能。河北邯郸项目把冬季供暖能耗降到了 0.3 吨标准煤 / 万平方米·日，和烧煤相比节省了 66.7% ，极大降低了化石能源的消耗，LED 补光系统选用 660nm 红光与 450nm 蓝光的配比，光效为 150 流明 / 瓦，通过智能控制让阴雨天气补光时长降低 20% ，一年里每万平方米可节省 7.2 万度电，实现照明能耗的精细控制。就可再生能源集成而言，屋顶光伏板达成 60% 设备的用电需求，与储能系统、风力发电机相搭配，促成可再生能源占比为 45% 的方案。山东潍坊项目年度售电收益为12 万元，引导能源结构向清洁化过渡。

（二）碳排放控制与循环经济模式

通风系统运用文洛式结构来优化自然通风，采用 CFD 模拟设计通风的路线，使风机工作时间减少 35% ，热交换器回收掉 75% 的排风热量，在冬季换气可削减供暖能耗 15% ，实现对热量的高效回收运用，农业投入品管理利用无人机遥感手段实现精准施肥，化肥用量降低了 25% ，硝酸盐淋失量减少了四成；生物防治技术采用释放丽蚜小蜂的方式替代 70% 化学农药，木霉菌剂把番茄病虫害损失率从18% 降低到了 6% ，从起始源头降低农业投入品的碳排放，碳排放监测依托传感器网络实时采集数据量，AI 系统实时动态调节 CO₂ 浓度，保障光合作用效率达至最大化，实现碳排放的精准把握。

（三）资源循环利用关键技术

水资源管理建造集雨面积 1：1. 以 1：1.5 集雨面积构建的蓄水池，每年收集的雨水可满足 40% 的灌溉需求。尾水经生态沟渠处理后，实现了 75% 的重复利用率，每亩平均节水 120 立方米，应对水资源短缺状况，固体废弃物经“秸秆 + 粪便”堆肥方式制成有机肥，取代 30% 的化肥，废菌棒借助厌氧发酵，每年可制造1200 立方米生物天然气，实现 15% 的供暖需求，实现农业废弃物的资源化回收利用，土壤养分循环采用轮作加上绿肥还田做法，借助生物炭做改良，使阳离子交换量增长了 18% ，氮磷钾吸附本领提升 30% ，山东德州试验田黄瓜产量往上提升了 12% ，实现土壤养分高效循环。

（四）管理优化与智能化升级

制度建设规定冬季供暖能耗 ⩽0.6kg 标煤 / ㎡·月这类指标，构建节能减排考核体系。若项目考核达标，给予 10% 节能奖励。寿光“大棚管家”基地一年里培训 1.2 万人次，采纳新技术的周期缩短到 2 个月，提高从业人员的技术能力；智能化管理平台采用 5G+LoRa 实现组网，AI 算法对设备进行自动调节，跟人工控制相比节能了 18% ，作物生长的整个周期缩短 5-7 天，实现管理效率跟能源效能的双重改善。

（五）结构优化与材料创新

主体结构采用 PC 阳光板来替代玻璃，重量减轻达 50% ，透光率可达到 85% ，且十年衰减率不超过 10%_< 。采用 BIM 技术优化通风路径，让机械通风时长减少25% ，增进结构性能以及能源效率，就功能材料而言，相变材料把室温波动的范围控制到 ±2% ，把供暖设备启停的次数降低 40% ，让设备运行能耗下降；自清洁薄膜使透光率一年的衰减率从 12% 降到 5% ，人工清洁成本削减了 60% ，同时抑制病原微生物的滋生，降低农药施用量，实现材料创新和减排协同达成。

（六）区域适应性技术集成方案

北方寒冷区域构建“地热 + 热泵 + 储能”体系，供暖能耗减到每月每平方米0.3kg 标煤，每平方米每月碳排放强度达 0.4kgCO₂ ，有效解决冬季低温高能耗难题。南方湿热区域采用“顶通风 + 湿帘风机 + 屋面喷淋”方式，夏季能耗仅占空调能耗的四分之一，室温把控在 28 到 30% 的水平，解决夏季高温高湿形成的降温难题；西北干旱地区搭建“集雨 + 滴灌 + 覆膜”体系，水分利用效率提高到 85% ，棉花的灌溉定额下降到 180 立方米 / 亩，实现 40% 的节水率，贴合干旱区水资源短缺的实情，实现各区域精准减排。

四、政策保障与技术推广策略

（一）完善政策支持体系

设立温室大棚降低能耗专项基金，对清洁能源设备进行 30%-50% 的补贴。如重点支持采用空气源热泵、光伏板的项目，仿照荷兰“绿色温室计划”，把补贴对象扩展到家庭农场和合作社层面，压低农户技术采纳的开支，着手探索建立设施农业碳汇项目库，把“可再生能源替代”“精准施肥”等方式纳入碳汇核算。广东试点结果显示，50 个项目每年的碳汇交易规模达 2 万吨，给农户带来了 110万元的额外收入。促进碳汇资源转化为经济营收，制定出《温室大棚能效分级标准》，明确 2025 年以后新建大棚应达到二级以上，5 年之内要完成存量大棚的改造，对未达标大棚所有者征收碳管理费，以政策为手段倒逼行业能效进步。

（二）构建技术创新生态

依靠科研院校建立起国家工程研究中心，专门攻关太阳能跨季节储能、智能微电网控制等关键技术，一年研发投入要达到或超过行业产值 3% ，增强自主创新水平。在华北、华南、西北打造千亩规模的示范基地，集合展示多能互补、智能控制、循环利用技术，采用现场观摩会、线上培训等办法实现辐射推广，寿光模式已引领周边50 万亩大棚完成节能改造工作，造就技术示范与推广的有效路子。

（三）创新市场化推广模式

采用合同式能源管理模式，节能服务公司负责前期投资。以 6 年时间段分享节能收益，农户无需首付就能应用新技术，降低技术应用的难度，实行“设备 + 数据”一体化服务包模式，每年每平方米收取 15 元服务费，涵盖设备保养、数据监控和策略改进，开展碳汇核算、产量预测等附加服务，带动技术实现规模化运用，构建市场化运作的长久机制。

五、结语

温室大棚工程管理过程中的节能减排是应对高能耗、高排放问题的系统性工程。要靠技术创新这一途径提升能源效率，依靠管理优化做到资源精准安置，依靠政策引导搭建可持续发展架构，结合采用能源高效利用、碳排放控制、资源循环利用等六大办法，可明显削减能耗与排放，增强农产品品质与经济收益。未来需进一步提升太阳能储能、碳捕集技术与数字孪生的应用水平，促进温室大棚产业朝着绿色、低碳、智能化方向转变升级，为全球农业应对气候变化奉上中国办法。

参考文献

[1] 郭彦锐 . 节能减排理念下生态环境治理的困境与优化对策分析 [J]. 清洗世界 ，2025，41（05）：111-113.

[2] 李云虎 . 新能源光伏发电助力农业设施节能减排策略 [J]. 环境与生活 ，2025，（04）：78-81.

[3] 严玲玲 ， 金攀 ， 应尚蛟 ， 等 . 多功能微型温室大棚在生产、休闲中的应用 [J].新农民 ，2024，（02）：77-79.

[4] 腾立国 . 基于物联网的农业温室大棚智能控制系统研究 [J]. 智慧农业导刊 ，2023，3（23）：1-5.