斯文森和北京极星的温室气候数据交流已经有5年的时间。在此期间的每一年，极星都会以进一步降低能耗为目标，而斯文森则通过数据分析和极星一同探索如何实现最大化节能。在国内番茄温室生产过程中使用高压钠灯并不普遍，那么在补光的条件下，保温幕布怎么使用才能发挥效益？
使用补光灯对温室气候环境和能耗的影响
21-22冬季，极星首次在冬季种植过程中使用高压钠灯进行补光。对于低温寡照的北京，补光灯的确可以弥补光照不足对作物生长的影响。但是与此同时，夜间高压钠灯带来的额外热量以及作物夜间蒸腾带来的大量湿气也给温室气候调控带来了巨大的挑战。通过比较20/21年12月的温室气候数据，我们看到极星温室在使用补光灯后，温室夜间平均温度较之前提高了2°C, 绝对湿度增加了5g/m3。21年12月之后通过更加频繁的使用两层幕布的通风间隙（下文简称Gap）除湿，温室绝对湿度得以下降。
首次使用补光灯的这个冬季（21年12月-22年1月），温室天然气消耗量较之前下降了30%左右，补光灯的耗电量也开始体现在能源账单中。由于高压钠灯产生的热量也会间接地为温室起到加温作用，我们有理由相信天然气消耗量下降的一部分原因归结于此。
图1. 极星温室番茄生产使用高压钠灯补光
优化幕布使用策略，进一步降低能耗
我们知道，保温幕布只有在100%闭合使用的状态下才能最大化的发挥节能的功效，而使用了补光灯之后，频繁地使用幕布Gap是否降低了幕布的节能效率？
通过对21-22冬季极星的幕布使用策略和气候数据进行分析，斯文森的气候专家认为在夜间补光时段，面对温湿度的上升，我们可以通过优化幕布Gap策略进一步降低加温能耗。‘植物赋能’的理念倡导种植者尽量减少使用幕布Gap来除湿，因为当我们拉开幕布时，除了湿气会从温室下方向上方扩散，在玻璃表面冷凝降低湿度外，我们也会导致不必要的热量损失。根据经验，当幕布Gap超过5%时，幕布的节能率可能已经低于最大值的50%。如果补光灯的额外热量供给确实会导致温室温度被迫上升，那么，我们是否能够尽量降低加温管道的能量输入，并且使用更加‘温和’的幕布Gap设置来减少热量损失，降低能耗呢？带着这个问题，斯文森和极星在22-23冬季进行了一次大胆的‘尝试’。
为了实现预期的目标，我们对温室两层幕布夜间使用的策略进行了调整。由于Obscura这层阻光型幕布有增进补光（白色内面反射光线）的效果，在使用补光灯的时段优先闭合该层幕布进行保温节能，我们主要通过调节另一层高透光型Luxous幕布的Gap大小来控制温湿度。理论上，尽可能减少使用幕布Gap对于温室节能的意义重大。对于安装了双层保温幕布的温室，我们可以实现更加 ‘温和’的Gap策略，减少不必要的热量损失。从图2中，我们可以看到23年1月相较22年1月幕布使用的差异，对于Obscura这层幕布的使用基本上很少出现大于1%的Gap。
图2. 极星幕布使用策略比较
结果与讨论
22-23冬季（12月，次年1月）较上一冬季同期的外界白天，夜间和24小时均温都更低（表1），如果维持之前的补光策略和温室温度设定不变，天然气的消耗量理论上应该增加。
图3.冬季天然气消耗量比较
表1. 冬季外界气温的比较
如何看待试验结果
总的来说，温室的能源输入包括白天的日光辐射，天然气加温和补光灯热量。为此，我们也比较了外界日光辐射和补光策略的差异：12月的日光辐射比同期增长了7%，1月增长了3.6%，而外界日光辐射能量进入温室的过程中还会存在损耗。补光的时间和强度与之前相比基本没有差异。所以，我们认为该冬季得到的天然气消耗量下降的结果主要由幕布使用策略的改变导致，结果具有一定的参考意义，但具体下降量还会受到实际环境中各种因素的影响，会产生误差。
节能与湿度调控的平衡
改变幕布Gap使用策略对温室湿度产生了一定的影响。2023年1月的夜间平均相对湿度较同期增加了8.4%，绝对湿度增加了4.8%，但并未见其对作物生长产生负面影响。相反的，我们看到减少Gap的使用，温室的气候和之前相比更加稳定，均一，这对于作物健康生长更加有益。
此次试验主要聚焦于冬季夜间使用补光灯时段的幕布使用策略对于天然气能耗的影响。在2021年之前未使用补光灯的冬季，夜间作物蒸腾没有补光时那么活跃，夜间可以完全闭合使用两层保温幕布，节能率高达63%，温室湿度不会频繁触发幕布Gap开启。改变幕布Gap设置，除了对温室温湿度有直接影响，气候环境的变化也会影响作物的蒸腾，和环境之间产生相互作用。所以，在使用幕布保温节能的同时也不能忽视湿度的变化，在不影响作物健康生长的条件下尽可能地向节约能耗的方向调整。试验中，我们已经证实减少幕布Gap的使用（包括使用频率和减小Gap大小）能够有效减少温室热量损失，从而节约天然气能耗。
试验的时段为一年中最冷的时段，该时段外界夜间气温基本小于0°C，通风窗处于闭合状态。但是在春秋季气温较高时，夜间补光灯开启后，温室温湿度迅速上升，不使用幕布Gap是不现实的，有时甚至需要开启通风窗去除过多的热量和湿气。
进一步探究
国内能源价格的波动性导致了温室生产能源成本的不确定性，但是我们可以通过各种各样的方式最大化地提高能源的利用效率。极星在使用补光灯时已经考虑到利用峰谷电价降低能源成本，但是在天然气能耗这部分，我们认为还有很多值得探索的方向，比如白天光照和节能的平衡，24小时温度的整合管理，使用补光灯时热量和湿度在温室的均匀分布等等。我们相信，通过优化幕布的使用，不仅能够优化温室气候，还能进一步节约能源。
*感谢陈宇冲对极星温室气候数据的采集和分析，以及极星温室总经理徐丹对于试验的支持和帮助。
