金豆荚全球发展联动书

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執行综括

“有创意的温室大棚:让食物的生产对生态环境的影响降到最低”

引言

传统温室大棚的保热性能很差,以致给大棚保暖的费用高。在温室大棚的这个领域里,给大棚取暖的费用占据了总费用的百分之30,甚至更高。热量的损失源于空气流失和大棚结构的热传导。为了减少空气流失的问题和热损失,现代的大棚都做得气密性极好,由此带来其它更多的问题:大棚内湿度太大,而且在玻璃上容易产生冷凝水。夏天大棚的里面太热,唯一降低温度和湿度的办法只有一个,即通风。为此,用增加二氧化碳的浓度来提高种植产量的办法就变得行之无效。减少阳光照射和大棚过热的另外一个方法是,使用遮阳网或新型的塑料膜(比如反光膜),但这样用遮阳网,在减少光合有效辐射(PAR: Photosynthetically Active Radiation)的同时,又增加了热辐射,以致不利于植物的生长。针对冬天到底如何降低热损失,同时又在夏天减少过热的问题,上述这些手段都无法构成一个整合化一的应对策略。我们所倡议的项目,其目标是要开发出一系列有创意的“金豆荚”温室大棚,以减少热损失,从而让食物的生产对地球环境所造成的影响降到最低。“金豆荚”采用了“SolaRoof 独阳屋顶”的技术框架,来营造一个透明的保护层,用动态、高保温的方式,来取代现有的保温效果极差的覆膜系统。

Created for PyraPOD & BityPOD

技术综述和新颖之处

我们提议的金豆荚产品,是以独阳屋顶技术为依托,创建一个立体农场的结构,用液体肥皂泡形成一个厚厚的保温毯,来减少热能的损失。小小肥皂泡被限制在一个由两层塑料膜或半透明膜的夹层里,而这些膜层就成为金豆荚的“皮肤”。内外两层膜之间的间距一般是75厘米,构成一个将屋顶和墙体整合在一起的“空腔”,与传统单层的荷兰大棚形成一个鲜明的对比。

金豆荚系统采用水基太阳能,将白天的热能捕捉进来,将其存在液体的蓄热池中,以致这种低温的热能遍布在建筑的周围,取消了传统的加热大棚的必要。因为其出色的保温性能,和水基太阳能的运作在大棚内膜的冷凝水是可控(也可回收)的,以致通风变得没有必要,也消除了不必要的高热,以及因着传统通风而造成的二氧化碳和水的遗失。肥皂泡对热辐射和太阳的红光区有阻隔效应,潮湿的肥皂泡在夏季又可以遮荫而降温。为此,这个新颖的技术可以在任何极端的环境下,根据需要来遮阳并保温,为应对危险的气候变化提供了一个有效途径。这些超前的技术创新,营造了一个可再生、低能耗的“封闭生态环境”,从而在金豆荚的里面有了一个超强的光合作用和热蒸腾作用,将太阳的辐射能转化为营养丰富的食物和洁净水,外加丰富的有机体为副产物——进一步借着藻类增加其体量——从而加增了用金豆荚生产丰富生物油的能力,包括沼气和植物柴油。如此这般,金豆荚对食物、能源、水资源这三大危机所导致的“每个人都缺乏”的现状,提供了三合一的解决方案。

种植者:成本的利好

我们开发的温室大棚,其保温效果突出,是传统双膜大棚的20倍,又是单层玻璃大棚的30倍。因此,因热传导而损失的热量,和由此而来的加热能耗,被减少了好几个数量级——此革命性的果效使得其它所有的温室大棚系统都逊色失效。

而且,金豆荚温室项目还能将废弃的有机质转化成能源,而且还能大量生产盈余、可收集输出的生物燃料,由此增加此类系统的利润空间。其中一个副产物是对水资源的洁净过程,大大节省了农作物生产所需的淡水。对食物、能源、水资源这三大挑战,即如何解决“每个人都缺乏”之现状的回应能力,使得金豆荚成为改变世界的领军级大事,赋予世界各地的人以能力,摆脱贫穷和饥饿,而且同时借着重建人与地球万物之间的平衡与和谐,来修复地球的生态环境。

金豆荚可以被看作是可自建的一套系统,设置简单且低成本。肥皂泡发生器也很容易且可以廉价制作。我们特别设计的发泡器,在设计的层面就做了优化处理。因而,我们的目的是提供一套金豆荚系统,让现有的金豆荚领军用户和未来的领军用户可以轻松组装。

计划:商品化的联合开发和共同经营

与我们合作的公众或私人,需要先针对所要使用的技术进行初期的测试和数字化建模。其热效应测试会显明独阳屋顶系统在可控条件下的优良果效。

然而,如下两个领域的研究也需要进行:

1. 液体的流动和热交换:肥皂泡的流动是非常复杂的。围绕着现今的简单热模型,有太多的假设,以致其对于设计和实际果效的评估来说不够足以准确。需要使用更加复杂的数字化流体力学,才能对此类温室大棚内的液体热交换有更加透彻的理解,以致可以优化肥皂泡技术的设计。

2. 优化肥皂泡的技术: 肥皂泡与太阳辐射的作用和其它热转换机制,取决于肥皂泡的类型、大小和数量。这些数据可以实时监控,以致根据外面天气的情形来提供自动反馈,根据需要决定是采用保温还是遮阳。这些都需要实验数据来确定肥皂泡的物理和传热性能和其循环运动机制,以及这类采用肥皂泡技术和液体加温和封闭可控环境过程的大棚中的实际热效应。

金豆荚全球公司,作为一个总部设在加拿大的合作社区,将实际实施这些测试结果。因此,我们要求我们的合作伙伴,在金豆荚上使用独阳屋顶技术的时候,遵守“共享数据”的义务。为此,彼此协商连接的成员,在任何国家采用这种技术时,将通过专利和出版物的方式来保护任何可能被商业飙窃的发明,这些发明将纳入SolaRoof CCPL (Creative Commons Public License) “独阳屋顶共同创新公众授权”的框架下。POD Enterprise Network(豆荚企业联盟)将授予所有商业终端用户和注册的产品和材料供应商一个“开源授权”。SolaRoof“品牌”将附带属性,包含其它可配搭的技术。而且特别要提的是,金豆荚全球社区的成员,会采纳百分之一预付金的捐赠方式,支持在发展中国家的个人和非盈利性质的免费应用。科研结果也将通过期刊论文或在合适的会议上演讲的方式发布——与我们合作的所有成员,将确保拥有“公开运作”和“开源分享”我们的结果和设计的权利。

PyraPOD 制造

金豆荚的联谊成员可获得联合推广金豆荚产品的机会来创建金豆荚社区。金豆荚社区由理查德和张钧创立,作为一样板项目和社交企业动议,目的是以会员的方式扩展独阳屋顶技术,在本地形成种植可再生食物的一种运动,同时回应能源、水资源、住房、环境等方面的危机,用获取方便(知识开源)、承受得起(公开生产)、可适用于各种文化和气候环境的解决方案来推广。

全节期、全天候的金豆荚立体种植方法,属于新兴的科学和技术,可拿去所有限制人能力的羁绊,为人类提供大量营养丰富的食物(参照白皮书《消除饥饿的鸿沟》)。越来越多的人对世界人口的暴涨、生态和环境的恶化、气候的异常对农业带来的危险而担忧。然而,我们要说的是:这些问题是有解决的办法和途径的,以致可避免未来可能发生的灾难。SolaRoof独阳屋顶技术,将在高科技农业革新中走在最前沿,为人类成功走向未来的21世纪提供所需的途径。

金豆荚全球实业,提议开发“可控的环境”项目,金豆荚,乃是采用独阳屋顶的技术平台,为人创建一种能力,即可连续种植食品作物且以最高的质量和最大的产量丰富收获这些食品作物的能力。种植和收获同时管理运作,来稳定可靠的农产品供应,不必受种植的区域和区域气候的限制。借着创建一种可控大气和可控环境的途径,为作物营造一个理想的种植条件。

在农业领域,温室大棚被看作是一个关键且变数很大的环节。这个环节的发展伴随着建筑技术的进步而同步发展,而这些建筑技术的进步为覆膜系统提供了制作方法和材料上的便利,以致太阳光可以轻松透过建筑的覆膜。玻璃的使用长达两个世纪,但现在人们越来越接受塑料作膜结构的材料。在过去的二十年间,高科技的透明材料逐渐出现,使得新一代的温室大棚成为可能,此新的建造方法就是“SolaRoof独阳屋顶”技术,与今天我们所知的玻璃温室和塑料大棚有着根本性的不同和优势。

SolaRoof 独阳屋顶不是一个被动过程(注:因此有别于德国的被动屋理念),而是一个主动热能的过程,能够主动捕获、转换并储存太阳能,以便可以用来控制大棚的内在环境,此环境的控制在太阳能的业内同行中被称作“水基太阳能”,在建筑的里面维持一个自然热平衡。有了这个一个自然热平衡机制过程,在其内就可以营造一个温度和湿度可控的条件,按照一个“biorhythm 生物频率”,在白天和黑夜交替的过程中缓慢微调里面的稳定态。调节内在环境的是一个液体储蓄槽,此蓄热槽也可以以某种热交换的方式与一个更大的水体关联。用液体冷却的过程,由水泵将此液体打到屋顶的一个空腔来实现。此液体以薄膜的方式在内膜的表面铺开,以便其很容膜的里面吸收太阳的辐射能(看一下描述的时候,请同时看我们制作的幻灯档)。

水基太阳能的过程可主动控制建筑内部的环境。将浓缩的表面活性剂用水稀释成溶液,意味着我们是使用“液体泡沫”的技术作遮阳/降温和绝热/保热。可与液态水体进行热交换的液态溶液,用水泵将其打入建筑的双层罩膜中,并在其中生成液体变气泡的高扩展泡沫,完全充满墙体和屋顶的双层空间里。这样,覆膜就不再是一个很差阻隔外面极端外在气候的单层材料,而是在双层空间里形成一个厚厚的肥皂泡,像细胞那样,组成数量是成百的多层泡沫,如此根据需要给我们提供所需要的热量或制冷效果。在白天时用肥皂泡填充屋顶空间,来达到遮阳保温的效果,而到了晚上同样的过程可以发生,即将此保存在此系统水体中的能量,通过一个保温和“热”分布的过程来利用(低温热能)。

金豆荚采用了独阳屋顶的夹层空间、环境控制和能量系统来动态回应外部的环境变化,回应的办法只需改变建筑周围双层内腔的温度、导热性能,透光度和热辐射性能就可达成。冷却降温的液体可在金豆荚模块化的空腔内膜的上面形成流动层,由此来调节内膜的温度在冷凝露点的温度上,以致我们可以在大棚里的可控环境里调节其温度和相对湿度。液体的冷却和制冷功效可防止任何膜结构都存在的过热和过高湿度的问题,如此成就了一个高效率、低能耗的空调系统,就根本杜绝了提高此系统换气风扇之风速的必要了。