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铝材打造的水上漂浮农场

据媒体报道,荷兰人彼得·范·温格登是一位大名鼎鼎的建筑师与建筑企业的老板,他领导与经营的贝拉顿公司(Beladon)正在设计人间第一艘水上漂浮农场(Floating Farm),预计2016年5月在荷兰第一大港口鹿特丹市斯希丹港口下水,迎接那时在荷兰举行的世界奶业大会。

  

漂浮农场面面观


  温格登说:“许多在城市长大的孩子都不知道我们喝的牛奶是哪里来的。在城市里,我们没有足够的空间养奶牛,至少在陆地上没有,但你可以在水上实现这个设想。”这就是他建设漂浮农场的初衷。

  根据贝拉顿公司的设计,在这个漂浮着的流动农场,城市里居民既能看到现实中的奶牛也能看到如何挤牛,以及如何制造奶制品。正在制造的漂浮农场活像一个矩形鸟巢,长约40m,宽约30m,总面积约1200m2,有上下两层,除上层顶部为装有太阳能光伏电池板外,其他房间的四面全部为透明玻璃墙,人们可以从外面清清楚楚地看到里面的场景。上层养牛,是牛生活的空间,绿树成荫,俨然一个小小的公园。可以容纳600条牛,每天可以生产5000L牛奶。下层有各种各样的生产与服务设施,如牧草区、牛奶生产区、牛排泄物收集与处理区、海水淡化区、能源供应室。

  彼得·范·温格登的漂浮农场是完善的封闭循环系统,既是一个闭环,可以实现能源自给自足,可以自产牧草,淡化海水可保人蓄饮用和生活所需。牧草生产在下层的黑暗温室内进行,无土栽培,采用LED照明灯,草的光照时间可以长达20h/d,而且光照强度可以调节,因而草的生长速度大大提高。

  浮动农场顶部的太阳能电池产生的清洁能源足可以满足人蓄生活与各种生产所需的电能。收集的牛排泄物用于生产沼气和制造肥料。产生的能源除自给外,还可以对外销售。

  温格登的漂浮农场,是一个食品产业的iPhone,它的吃水深度约1.5m,不论是牛还是人在上面工作与生活,完全没有摇晃的感觉,如陆地上一样稳定。这种农场不但可以建在海上,也可以建在一切有水的江河湖泊上,只要水深超过2m就行。

  漂浮农场的造价与普通陆地上农场的差不多,虽然其建筑材料费用高一些,因为用了不少铝材,但买水域的钱比买土地的钱少得多,结算下来,两者大体相差不多,根据他们的预算,首座漂浮农场总造价约300万欧元,出售牛奶、能源和奶制品的收入约80万欧元/a,加上劳务与维护费,预计7a可收回一切投资。

  温格登的漂浮农场梦还没有做完:下一个目标是建筑漂浮的养鸡场,每个可养8000只,还打算将蔬莱温室也搬到海上,把花卉养殖大棚也建到水上,真正实现在沿海、滨湖城市进行农业生产的梦想。

  

铝材建造的漂浮农场


  由于铝材的密度小、强度较高、易加工成形、抗海水腐蚀性强、价格适中、资源丰富、可回收性强(建筑这种农场用的铝材生命周期到期后,98%以上铝可以回收)等一系列优点。因此,铝在漂浮农场建造中在三方面得到大量应用。

  建造上层建筑四面玻璃墙的框架,犹如现代建筑的贴地窗,挤压铝型材的用量约7kg/m2,是用6082合金挤压的;

  房顶上的太阳能电池板框架与支承架都是用6063合金或6082合金挤压型材制造的,用量约10.5kg/m2。牛舍内部结构为全铝的。

  LED灯铝基板。农场用的大多数牧草是采用黑暗的温室和LED照明灯生产,无土栽培,荷兰大多数蔬菜和花卉农场都已实现这种技术。通过LED灯照明不但可以提高植物生长速度,而且可以延长光照时间,增加产量,以番茄生产为例,一株番茄苗在栽培约一个月后就可以开始结果。

  在漂浮农场上,无论是生活办公照明,还是生产照明用的都是LED灯。如今LED照明已普及到国民经济的各个部门与人们生活的各个领域,铝基覆铜板是构成LED灯具核心部件之一。散热是LED首先必须解决的问题,否则它就无法工作。LED的结点温度如果超过85℃,芯片就会衰竭、荧光粉会氧化,进而引起光衰。

  铝有良好的导热性,0~100℃的热导率为238W/(m·K),因而热阻低,而且密度小,质量轻,并有很强的抗氧化性,是一种很好的热传输材料,使它成为首选的制造LED灯散热基板的材料。1969年日本三洋公司发明了铝基板制造技术,1974年开始应用于三洋技术公司(SDK)系列功率放大混合集成电路。中国铝基覆铜板研究始于1988年,1990年首条生产线在原704厂建成投产。

  LED铝基覆铜板由三层组成:铝基板、中层的导热绝缘层、表面为铜箔电路层。器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到铝基板,然后由铝基板将热量散发出去,从而实现对器件的散热,使LED灯保持稳定的工作状态,工作温度始终不超过规定值。纯铝不但有高的热导率,而且比热容也大,99.996%高纯铝的为934.92J/(kg·K)工业纯铝(99.5%)的为964.74J/(kg·K),因此可用工业纯铝制造基板。

  当今,美国的贝格斯公司(The Berquist),日本的理化工业公司(NRK)、电气化学工业公司(DENKA)、日东电工公司(NITTO DENKO)、日本住友电器工业公司(Sumitomo Electric)等代表了铝基板技术的先进水平。中国的铝基板产量虽大,但品质良莠不齐,缺乏核心技术支持,生产技术还未达到一般国际水平,与日本的相比还有相当大的差距。

  在漂浮农场结构与LED灯具制造中,铝材起了关键作用,在水上建筑农场与房层无疑将是一种趋势,不但在像荷兰这种缺地的沿海大国可大行其道,就是像中国这样的大国也大有发展前景。铝材除了上述三方面的应用外,漂浮农场的甲板、梯子、围栏、与陆地相连的桥梁等都可以用铝材建造。


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