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农业建筑环境与能源工程的进展与展望
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内容提示：本文详细介绍了国内外农业生产性建筑、设施农业工程和农业能源工程的历史和现状,指出了我国现阶段农业建筑环境与能源工程存在的问题,并对今后的发展趋势做出了展望,以期对我国农业的发展和社会主义新农村的建设提供一定的理论依据。
我国是一个农业大国,农业是国民经济的基础,抓好农业建设,是关乎国计民生的头等大事。党在十六届五中全会中指出“建设社会主义新农村是我国现代化进程中的重大历史任务”[1]。在新农村建设中,农业建筑是农村经济社会发展和农民生产生活改善的重要物质基础;加快发展农业能源,是促进生态保护、发展循环经济的重要途径,也是社会主义新农村建设的重要内容。本文详细介绍了国内外农业生产性建筑、设施农业工程和农业能源工程的历史和现状,并对今后的发展做出了展望,以期对我国农业的发展和社会主义新农村的建设提供一定的理论依据。（参考《建筑中文网》）
1 农业建筑工程的发展
1.1 农业生产性建筑
农业生产性建筑包括农业的生产、加工、贮藏全过程中所用的建筑物和构筑物,它能改善农业生产条件,促进农业生产的发展。农业生产性建筑一般包括:温室建筑、畜禽场建筑、农业库房建筑(农副产品储藏库、农机及物料库房和危险物品库房等)、农畜产品加工建筑、农机具维修厂建筑、农村能源工程建筑和水产品工厂化养殖建筑等[2]。农业生产性建筑可以为农业生产对象创造一个有利其生长发育的环境,增强农业生产对象抵御自然灾害和病疫的能力,是农业增产和综合利用的有效途径。如温室大棚通过保暖、加温和光照等设备可以调整农作物的栽培和成熟时间;畜禽场建筑可以通过冬季加温、夏季通风降温,把畜合饲养环境温度等条件调节到适宜的范围,从而缩短畜禽的生产周期。由于地区的差异,农业生产性建筑的形式也不尽相同。
农业生产性建筑的历史悠久,根据考古资料[2],我国6000多年前陕西半坡村就有了烧制陶器的窑场、牲畜围棚和贮藏粮食的窖等。在距今3000多年的河南殷墟中发现了用于驯养家畜的牲畜围棚。我国在2000多年前就出现了温室大棚,只是当时的技术比较落后。欧洲直到18世纪中期才出现了温室,日本在世纪世纪三四十年代才出现了被称为“纸屋”的温室。传统的农业生产性建筑的使用范围和规模较小,常常和居住性建筑建在一起,成为为居室的一部分。20世纪中期以后,随着科学技术的迅速发展,农业生产性建筑迅速向现代化发展,出现了植物工厂和集约化牲畜养殖厂[3]。为了进一步研究农业建筑,一些高等院校还设立了农业建筑专业,并出现了专门的科学研究和设计机构。
1.2 设施农业工程
设施农业是采用一定的设施、依靠农业生物环境工程的技术创造优于自然环境的条件,进行农业生产对象的生产,可以分为设施栽培和设施养殖两大类。发达国家设施农业发展较早,从20世纪50年代就开始研究设施农业技术。目前,荷兰、日本、美国和以色列等国家设施农业比较发达,其设施园艺已有相当高的水平[4]。荷兰目前拥有大型玻璃温室12000hm2,占世界玻璃温室的1/4,还普及了无土栽培技术和组织培养育苗技术。日本温室以塑料温室为主,总面积达54000hm2,主要用于蔬菜、果树和花卉种植。日本的植物工厂发展迅速,1998年用于生产的植物工厂就有15个。国外从20世纪50年代开始出现畜禽的集约化养殖[5]。首先出现的是工厂化养鸡,随后相继出现猪和牛的工厂化养殖。经过多年的生产实践与科学研究,美国、日本和欧洲一些国家主要畜禽的集约化工厂养殖生产技术已发展成熟,并在集约化工厂畜禽养殖的工艺、建筑和环境调控技术与设施等方面形成了一系列相关的规范和标准。
我国的设施农业是在学习和引进国外经验和先进技术的基础上发展起来的。20世纪50年代,我国从前苏联引进了保护地栽培技术,这是一种简易的设施农业[6]。60年代中后期在吉林长春市郊建成了我国第一栋塑料大棚。70年代,从日本引进了地膜覆盖技术,对农业生产的保温、保墒、保肥起了很大作用。80年代中期,出现了“节能型日光温室”,使我国在严寒冬季在高纬度地区进行农业生产成为现实。90年代,我国引进了大型连栋温室及配套栽培技术。目前我国设施农业面积已达250万公顷,约占世界设施农业总面积的85%,居世界首位,年产值约2000亿元。我国畜禽的集群化养殖也是从工厂化养鸡开始的,20世纪60年代初开始发展工厂化养鸡技术,70年代中期建立了一批具有一定环境调控能力的工厂化养鸡场和养猪场,80年代工厂集约化禽养殖场得到迅速发展[5]。目前,我国集约化畜禽养殖技术发展迅速,显著地提高了我国畜禽产品的生产水平,现在我国畜禽产品的总量占世界第一,人均畜禽产品量在世界平均水平以上。
2 农村能源工程
随着全球经济的发展,耗能产业不断增多,煤炭和石油能源资源逐渐濒于枯竭,世界各国正在寻求多种能源方式以满足继续发展的要求。农村能源是国家能源战略不可或缺的组成部分,是农村经济和社会发展的重要物质基础。研究农村能源工程,大力发展和综合开发利用可再生能源,对改善农村地区农民生活用能结构和能源消费水平,解决农村能源匾乏具有重要意义。
2.1 生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量,是以生物质为载体的可再生碳源。生物质能可以分为传统生物质能(薪柴、秸秆等)和现代生物质能(沼气、燃料乙醇和生物柴油等)。由于传统生物质能的转化效率只有10%～20%,目前许多国家农村的能源结构在薪柴、秸秆燃烧基础上逐步开发沼气、燃料乙醇和生物柴油等现代生物质能[7]。美国、巴西、日本和加拿大等国大量使用粮食来生产燃料乙醇和生物柴油[8]。1975年全球燃料乙醇产量46亿升,2000年增加到181亿升,2008年670亿升。美国和巴西是燃料乙醇最主要生产国,其产量占全球总产量的90%以上。1991年,全球生物柴油,产量9100吨,2000年增加到73万吨,2007年增加到1060万吨,德国是生物柴油最主要生产国,约占全球总产量的50%左右[8]。在我国,农作物秸秆和薪柴大部分作为农村生活用能,年利用量约1.2亿吨标准煤。我国沼气应用有很长的历史,沼气技术居国际领先水平,发展规模居世界前列。至2006年底,全国农村户用沼气池1870万口,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农民提供优质生活燃料。我国的燃料乙醇试点工作从2001年开始“,十五”期间,国家在黑龙江、吉林、河南、安徽4省建成4个燃料乙醇生产试点,形成102万吨/年的生产能力[9]。
2.2 太阳能
太阳能不会造成环境污染,而且数量巨大,它的应用越来越受到世界各国的重视。太阳能在发达国家主要用于太阳能热水器和太阳能发电技术,比如美国“百万屋顶计划”,德国政府的“十万天棚计划”,日本的70万户并网发电计划[10]。发展中国家农村太阳能的利用,主要为广大农村提供照明、炊事用能、农副产品加工等,今后要重点发展太阳能发电。日前,国内首座70千瓦塔式太阳能发电站在江宁建成,是目前全世界已经建成的10个塔式热发电实验示范电站之一[10]。
2.3 小水电和风能
由于小水电具有建造灵活,投资少,周期短等优点,在我国农村地区得到了广泛应用。经过几十年的建设,截至2006年底,全 国 已 建 成 小 水 电 站 46989座 ,总 装 机44934MW,约占可开发容量的37.4%,约占全国水电总装机的34.9%[11]。
风能是一种取之不尽,用之不竭,既无污染又廉价的再生资源。风力发电在国外发展迅猛,1981年为15MW,1992年已经达到2652MW,截止到2006年,全球风力发电机容量达50000MW[12]。我国风能资源十分丰富,理论可开发总量为32.26亿千瓦,可开发利用的地区占全国总面积的76%,主要分布在长约5000公里的“三北”(即东北、华北、西北)风带上,可实际开发和利用的风能储量据估算为10亿千瓦左右[13]。
3 我国农业建筑工程和能源工程存在的问题和未来展望
现阶段,我国农业建筑工程有了很大的发展,但与国外先进国家相比还有较大差距,还存在着不少缺点。如我国农业设施环境调控水平低、抵御恶劣自然环境条件的能力差,许多设施能耗大、生产运行成本高等。这是由于环境调控技术水平较低,技术与设备配套性较差造成的。因此我国设施农业要注重农业产业结构的合理布局,提高设施水平和产品质量,更合理地利用资源,注重生态效益,实现可持续发展。为此,需要加强农业建筑工程领域的基础研究和技术开发,大力发展该学科,为我国现代设施农业向高水平发展作出积极的贡献。
另外,现阶段我国的农村能源仍存在着能源消费水平低、能源消费差异明显、能源消费结构有待改善、能源利用效率低和环境污染严重等问题,这就我们需要采取控制农村人口增长,加强能源开发
1 农业建筑工程的发展
1.1 农业生产性建筑
农业生产性建筑包括农业的生产、加工、贮藏全过程中所用的建筑物和构筑物,它能改善农业生产条件,促进农业生产的发展。农业生产性建筑一般包括:温室建筑、畜禽场建筑、农业库房建筑(农副产品储藏库、农机及物料库房和危险物品库房等)、农畜产品加工建筑、农机具维修厂建筑、农村能源工程建筑和水产品工厂化养殖建筑等[2]。农业生产性建筑可以为农业生产对象创造一个有利其生长发育的环境,增强农业生产对象抵御自然灾害和病疫的能力,是农业增产和综合利用的有效途径。如温室大棚通过保暖、加温和光照等设备可以调整农作物的栽培和成熟时间;畜禽场建筑可以通过冬季加温、夏季通风降温,把畜合饲养环境温度等条件调节到适宜的范围,从而缩短畜禽的生产周期。由于地区的差异,农业生产性建筑的形式也不尽相同。
农业生产性建筑的历史悠久,根据考古资料[2],我国6000多年前陕西半坡村就有了烧制陶器的窑场、牲畜围棚和贮藏粮食的窖等。在距今3000多年的河南殷墟中发现了用于驯养家畜的牲畜围棚。我国在2000多年前就出现了温室大棚,只是当时的技术比较落后。欧洲直到18世纪中期才出现了温室,日本在世纪世纪三四十年代才出现了被称为“纸屋”的温室。传统的农业生产性建筑的使用范围和规模较小,常常和居住性建筑建在一起,成为为居室的一部分。20世纪中期以后,随着科学技术的迅速发展,农业生产性建筑迅速向现代化发展,出现了植物工厂和集约化牲畜养殖厂[3]。为了进一步研究农业建筑,一些高等院校还设立了农业建筑专业,并出现了专门的科学研究和设计机构。
1.2 设施农业工程
设施农业是采用一定的设施、依靠农业生物环境工程的技术创造优于自然环境的条件,进行农业生产对象的生产,可以分为设施栽培和设施养殖两大类。发达国家设施农业发展较早,从20世纪50年代就开始研究设施农业技术。目前,荷兰、日本、美国和以色列等国家设施农业比较发达,其设施园艺已有相当高的水平[4]。荷兰目前拥有大型玻璃温室12000hm2,占世界玻璃温室的1/4,还普及了无土栽培技术和组织培养育苗技术。日本温室以塑料温室为主,总面积达54000hm2,主要用于蔬菜、果树和花卉种植。日本的植物工厂发展迅速,1998年用于生产的植物工厂就有15个。国外从20世纪50年代开始出现畜禽的集约化养殖[5]。首先出现的是工厂化养鸡,随后相继出现猪和牛的工厂化养殖。经过多年的生产实践与科学研究,美国、日本和欧洲一些国家主要畜禽的集约化工厂养殖生产技术已发展成熟,并在集约化工厂畜禽养殖的工艺、建筑和环境调控技术与设施等方面形成了一系列相关的规范和标准。
我国的设施农业是在学习和引进国外经验和先进技术的基础上发展起来的。20世纪50年代,我国从前苏联引进了保护地栽培技术,这是一种简易的设施农业[6]。60年代中后期在吉林长春市郊建成了我国第一栋塑料大棚。70年代,从日本引进了地膜覆盖技术,对农业生产的保温、保墒、保肥起了很大作用。80年代中期,出现了“节能型日光温室”,使我国在严寒冬季在高纬度地区进行农业生产成为现实。90年代,我国引进了大型连栋温室及配套栽培技术。目前我国设施农业面积已达250万公顷,约占世界设施农业总面积的85%,居世界首位,年产值约2000亿元。我国畜禽的集群化养殖也是从工厂化养鸡开始的,20世纪60年代初开始发展工厂化养鸡技术,70年代中期建立了一批具有一定环境调控能力的工厂化养鸡场和养猪场,80年代工厂集约化禽养殖场得到迅速发展[5]。目前,我国集约化畜禽养殖技术发展迅速,显著地提高了我国畜禽产品的生产水平,现在我国畜禽产品的总量占世界第一,人均畜禽产品量在世界平均水平以上。
2 农村能源工程
随着全球经济的发展,耗能产业不断增多,煤炭和石油能源资源逐渐濒于枯竭,世界各国正在寻求多种能源方式以满足继续发展的要求。农村能源是国家能源战略不可或缺的组成部分,是农村经济和社会发展的重要物质基础。研究农村能源工程,大力发展和综合开发利用可再生能源,对改善农村地区农民生活用能结构和能源消费水平,解决农村能源匾乏具有重要意义。
2.1 生物质能
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量,是以生物质为载体的可再生碳源。生物质能可以分为传统生物质能(薪柴、秸秆等)和现代生物质能(沼气、燃料乙醇和生物柴油等)。由于传统生物质能的转化效率只有10%～20%,目前许多国家农村的能源结构在薪柴、秸秆燃烧基础上逐步开发沼气、燃料乙醇和生物柴油等现代生物质能[7]。美国、巴西、日本和加拿大等国大量使用粮食来生产燃料乙醇和生物柴油[8]。1975年全球燃料乙醇产量46亿升,2000年增加到181亿升,2008年670亿升。美国和巴西是燃料乙醇最主要生产国,其产量占全球总产量的90%以上。1991年,全球生物柴油,产量9100吨,2000年增加到73万吨,2007年增加到1060万吨,德国是生物柴油最主要生产国,约占全球总产量的50%左右[8]。在我国,农作物秸秆和薪柴大部分作为农村生活用能,年利用量约1.2亿吨标准煤。我国沼气应用有很长的历史,沼气技术居国际领先水平,发展规模居世界前列。至2006年底,全国农村户用沼气池1870万口,年产沼气约90亿立方米,为近8000万农民提供优质生活燃料。我国的燃料乙醇试点工作从2001年开始“,十五”期间,国家在黑龙江、吉林、河南、安徽4省建成4个燃料乙醇生产试点,形成102万吨/年的生产能力[9]。
2.2 太阳能
太阳能不会造成环境污染,而且数量巨大,它的应用越来越受到世界各国的重视。太阳能在发达国家主要用于太阳能热水器和太阳能发电技术,比如美国“百万屋顶计划”,德国政府的“十万天棚计划”,日本的70万户并网发电计划[10]。发展中国家农村太阳能的利用,主要为广大农村提供照明、炊事用能、农副产品加工等,今后要重点发展太阳能发电。日前,国内首座70千瓦塔式太阳能发电站在江宁建成,是目前全世界已经建成的10个塔式热发电实验示范电站之一[10]。
2.3 小水电和风能
由于小水电具有建造灵活,投资少,周期短等优点,在我国农村地区得到了广泛应用。经过几十年的建设,截至2006年底,全 国 已 建 成 小 水 电 站 46989座 ,总 装 机44934MW,约占可开发容量的37.4%,约占全国水电总装机的34.9%[11]。
风能是一种取之不尽,用之不竭,既无污染又廉价的再生资源。风力发电在国外发展迅猛,1981年为15MW,1992年已经达到2652MW,截止到2006年,全球风力发电机容量达50000MW[12]。我国风能资源十分丰富,理论可开发总量为32.26亿千瓦,可开发利用的地区占全国总面积的76%,主要分布在长约5000公里的“三北”(即东北、华北、西北)风带上,可实际开发和利用的风能储量据估算为10亿千瓦左右[13]。
3 我国农业建筑工程和能源工程存在的问题和未来展望
现阶段,我国农业建筑工程有了很大的发展,但与国外先进国家相比还有较大差距,还存在着不少缺点。如我国农业设施环境调控水平低、抵御恶劣自然环境条件的能力差,许多设施能耗大、生产运行成本高等。这是由于环境调控技术水平较低,技术与设备配套性较差造成的。因此我国设施农业要注重农业产业结构的合理布局,提高设施水平和产品质量,更合理地利用资源,注重生态效益,实现可持续发展。为此,需要加强农业建筑工程领域的基础研究和技术开发,大力发展该学科,为我国现代设施农业向高水平发展作出积极的贡献。
另外,现阶段我国的农村能源仍存在着能源消费水平低、能源消费差异明显、能源消费结构有待改善、能源利用效率低和环境污染严重等问题,这就我们需要采取控制农村人口增长,加强能源开发
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201011/14455.htm
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