加溫系統(tǒng)及其設(shè)備在現(xiàn)代溫室中的應(yīng)用

摘要:現(xiàn)代化溫室的加熱系統(tǒng)及設(shè)備在現(xiàn)代化溫室的應(yīng)用中較為普遍，是現(xiàn)代化溫室中不可缺少的一個(gè)重要部分。傳統(tǒng)的加溫系統(tǒng)主要有熱水加熱、熱風(fēng)加熱和電加熱均有其優(yōu)點(diǎn)和不足。隨著加溫系統(tǒng)和設(shè)備的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代又出現(xiàn)了地源熱泵技術(shù)、溫室地下蓄熱和加溫技術(shù)、太陽(yáng)能輔助技術(shù)等新型的加溫設(shè)備及系統(tǒng)，為現(xiàn)代化溫室在加熱保溫、冬季生產(chǎn)、能源節(jié)約和清潔能源方面提供了有力的保障。這些設(shè)備的應(yīng)用不但提高了溫室的保溫效率，也使得溫室在反季節(jié)生產(chǎn)中發(fā)揮了較大的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞:加溫系統(tǒng) 現(xiàn)代溫室 地緣熱泵技術(shù) 太陽(yáng)能

0 引言

現(xiàn)代化溫室有熱效率高的加熱系統(tǒng)，在最寒冷的冬春季節(jié)，無(wú)論晴好天氣還是陰雪天氣，都能保證作物正常生長(zhǎng)發(fā)育所需要的溫度。提高溫室的保溫性能，降低能耗，是提高溫室生產(chǎn)效益的直接手段。

1 溫室中的氣溫變化

1.1 氣溫的季節(jié)變化 溫室內(nèi)氣溫受外界日溫及季節(jié)氣溫的變化而改變，存在著明顯的季節(jié)溫差冬季和早春氣溫低在晴天時(shí)有較為明顯的變化規(guī)律，午夜至凌晨日出前，溫室內(nèi)氣溫最低，日出后隨太陽(yáng)輻射的增加，溫室效應(yīng)加強(qiáng)，氣溫上升，14:00以后氣溫下降，陰雨天時(shí)氣溫變化相對(duì)平穩(wěn)。溫室的氣溫一年四季比露地高，在高緯度地區(qū)季節(jié)變化較為明顯，一般可以縮短冬季3.5個(gè)月，延長(zhǎng)夏季3個(gè)月，春、秋季20-30天，為植物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境。

1.2 氣溫的日變化 氣溫的日變化規(guī)律與外界基本相同，即白天氣溫高，夜間氣溫低。晴天最低溫度出現(xiàn)在揭去不同命覆蓋物后0.5h左右，隨后溫度上升，上升幅度為5-6℃/h。到中午12:00，溫度下降緩慢，16:00至次日8:00，有5-7℃的降溫。

2 溫室加溫系統(tǒng)設(shè)備的種類(lèi)

加溫系統(tǒng)采用集中供熱分區(qū)控制，現(xiàn)階段的采暖方式主要有以下幾種:

2.1 熱水加熱 水采暖是用60℃-85℃熱水循環(huán)與空氣進(jìn)行熱交換，熱水加溫系統(tǒng)由熱水鍋爐、供熱管和散熱設(shè)備三個(gè)基本部分組成，其工作過(guò)程是:用鍋爐將水加熱，然后由水泵加壓，將熱水通過(guò)供熱管道供給溫室內(nèi)的散熱器，然后通過(guò)散熱器來(lái)散熱，提高溫室的溫度，冷卻的熱水又回到鍋爐再加熱重復(fù)循環(huán)。

在熱水采暖系統(tǒng)中，如果在鍋爐和流轉(zhuǎn)水泵之間設(shè)置多路混合閥，在流轉(zhuǎn)水泵出口與熱水管間設(shè)置溫度傳感器，則該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制。通過(guò)水泵加壓后將熱水送入布置在溫室內(nèi)的散熱器，對(duì)溫室加溫。熱水在散熱器內(nèi)循環(huán)后，水溫降低，降溫后的水(冷水)經(jīng)各回流管集中，這種采暖系統(tǒng)的散熱器一般使用溫室專(zhuān)用的熱浸鍍鋅鋼管圓翼散熱器，它的散熱面積大，使用壽命長(zhǎng)。散熱器的布置對(duì)溫室內(nèi)溫度的均勻性影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)合溫室內(nèi)空氣流動(dòng)狀況綜合考慮精心布置。適用于現(xiàn)代化大中型溫室。

熱水采暖系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是目前最常用的采暖方式。適用于各種溫室，余熱多，停機(jī)后保溫性好但是這種系統(tǒng)投資較高。

2.2 熱風(fēng)加溫 熱風(fēng)采暖是由熱風(fēng)直接加熱空氣，熱風(fēng)加溫系統(tǒng)由熱源、空氣換熱器、風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道組成。其工作過(guò)程為:有熱源提供的熱量極熱空氣換熱器，用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫溫室內(nèi)的部分部分空氣流過(guò)空氣轉(zhuǎn)換器，這樣不斷循環(huán)進(jìn)行溫室加熱。熱風(fēng)加熱系統(tǒng)的熱源可以是燃油、燃?xì)狻⑷济貉b置或電加熱器，也可以是熱水或蒸汽。熱源不同，熱封加熱設(shè)備安裝形式也不一樣。蒸汽、電熱或熱水式加溫系統(tǒng)的空氣換熱器安裝在溫室內(nèi)，與風(fēng)機(jī)配合直接提供熱風(fēng);燃油、燃?xì)馐降募訜嵫b置安裝在溫室內(nèi);燃燒后的煙氣排放到溫室外，燃煤熱風(fēng)爐一般體積較大，使用中也比較臟，一般誰(shuí)安裝在溫室外部。為了使熱風(fēng)在溫室內(nèi)均勻分布，由通風(fēng)機(jī)將熱空氣送入通風(fēng)管。

熱風(fēng)加熱適用于各種溫室，缺點(diǎn)是停機(jī)后缺乏保溫性，由于不用水作載熱體，系統(tǒng)操作容易，設(shè)備投資較少，適用于中小型溫室以及日光溫室的輔助加熱或臨時(shí)防寒措施。

2.3 電加熱 電熱采暖是用電熱器直接加熱空氣或電熱線加熱苗床，其主要設(shè)備為電暖風(fēng)機(jī)或電熱線。比較常見(jiàn)的電加熱方式是將地?zé)峋€埋在地下，用來(lái)提高低溫，主要用在溫室育苗。這種方式預(yù)熱時(shí)間性短，進(jìn)行自動(dòng)控制較容易，使用簡(jiǎn)便，電能是最清潔、方便的能源，但電能是二次能源，本身比較貴，且停機(jī)后缺乏保溫性，因此只能作為一種臨時(shí)加溫措施短期使用。適用于小型育苗溫室，土壤加溫輔助采暖和日光溫室的輔助加熱或作臨時(shí)防寒用。

3 新型加熱設(shè)備系統(tǒng)

隨著對(duì)溫室加溫系統(tǒng)和設(shè)備的不斷研究，又新生出以下三種加熱設(shè)備系統(tǒng)

3.1 溫室地下蓄熱加溫技術(shù) 溫室地下管式蓄熱加溫作為一種節(jié)能的加溫方法已在法國(guó)、加拿大、希臘、日本和中國(guó)等國(guó)家應(yīng)用。溫室地下蓄熱系統(tǒng)由溫室、地坪、軸流式風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣道、排氣道等組成，其原理是白天，由于太陽(yáng)輻射溫室內(nèi)空氣溫度升高，而地坪內(nèi)溫度較低，使地坪與靜止空氣的傳熱較慢。當(dāng)室內(nèi)氣溫高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)軸流式風(fēng)機(jī)，使溫室內(nèi)空氣流經(jīng)換熱竹道，空氣中的熱能向蓄熱層轉(zhuǎn)移，地坪溫度升高并貯存了大量熱能。夜間，當(dāng)溫室內(nèi)空氣溫度低于地坪溫度時(shí)，地坪作為熱源，其中的蓄熱以導(dǎo)熱方式緩慢傳入溫室空氣中，或者啟動(dòng)軸流式風(fēng)機(jī)，使溫室內(nèi)空氣流經(jīng)換熱竹道而被加熱，加熱熱量隨氣流被輸送到溫室內(nèi)，從而維持溫室內(nèi)較高氣溫。系統(tǒng)具有良好的加溫性能。溫室地下蓄熱系統(tǒng)在蓄熱與加溫時(shí)溫室內(nèi)空氣流經(jīng)換熱竹道溫度、燴值變化明顯，系統(tǒng)具有良好的降溫與加溫能力，能夠明顯提高苗床溫度，是溫室節(jié)能的新途徑。

3.2 地源熱泵加熱技術(shù) 近年來(lái)，熱泵系統(tǒng)作為一種節(jié)能、高效、環(huán)保的新型技術(shù)，在設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，熱泵系統(tǒng)是通過(guò)低溫?zé)嵩催M(jìn)行供熱的。熱泵系統(tǒng)主要應(yīng)用于大型連棟溫室同時(shí)也可以應(yīng)用于日光溫室。淺層地能的利用主要是通過(guò)地源熱泵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是一種以淺層土壤(200m以內(nèi))或地下水作為空調(diào)熱源或冷源，兼具加溫和制冷雙重功能的熱泵技術(shù)，也是近年來(lái)世界范圍內(nèi)發(fā)展最為迅速和研究最廣泛的一項(xiàng)可再生能源空調(diào)工藝之一，泵中的應(yīng)用總量超過(guò)3000*104m2空調(diào)面積，其規(guī)模還在不斷擴(kuò)大并開(kāi)始在設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制領(lǐng)域得到應(yīng)用和研究。以標(biāo)準(zhǔn)煤為參照，對(duì)地源熱泵系統(tǒng)和燃煤熱水兩種加溫方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比。泵加溫的溫室供熱量(817198.70J)相當(dāng)于65.06t燃煤供熱值(煤的燃燒值約為20934kJ/kg，煤鍋爐供暖的熱效率取為60%)，而系統(tǒng)采暖期間共消耗的電量(59268.84kWh)相當(dāng)于37.75t煤燃燒后的發(fā)電量(27%的熱電轉(zhuǎn)換率，不考慮電能輸送損失)，可以看出與傳統(tǒng)燃煤供熱系統(tǒng)相比，采用地源熱泵系統(tǒng)加熱溫室可節(jié)煤58%，具有很好的節(jié)能、減排效果。

3.3 太陽(yáng)能地?zé)峒訙叵到y(tǒng) 太陽(yáng)能是一種清潔能源，量大而分布廣泛，應(yīng)用于溫室加溫，替代不可再生的化石燃料加熱，是最有前景的能源之一。太陽(yáng)能地?zé)峒訙叵到y(tǒng)主要包括全玻璃真空管集熱器模塊、數(shù)字式溫度顯示表、循環(huán)水泵、保溫儲(chǔ)熱水箱和散熱管。

太陽(yáng)能集熱器集安裝在日光溫室東側(cè)緩沖間屋頂，保溫儲(chǔ)熱水箱安裝在溫室內(nèi)東側(cè)山墻邊，散熱管從日光溫室南底角進(jìn)入溫室的最西側(cè)，在溫室中沿最西側(cè)開(kāi)始向東鋪設(shè)跨度為20m的散熱管，散熱管埋設(shè)間距30cm，散熱管埋深為30cm，散熱管下并埋設(shè)苯板。系統(tǒng)對(duì)5cm以上的土壤溫度和溫室內(nèi)氣溫的影響不明顯但熱能主要集中加熱了15-25cm深度根系分布區(qū)域內(nèi)的土壤，完全能夠滿足高寒地區(qū)冬季日光溫室種植茄果類(lèi)蔬菜根部所需的溫度。由此可見(jiàn)太陽(yáng)能地?zé)嵯到y(tǒng)能量利用率較高。從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)太陽(yáng)能供熱與鍋爐電加熱等其他設(shè)施相比除初次投資費(fèi)用較高外系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用極低。太陽(yáng)能系統(tǒng)在北方高寒地區(qū)具有顯著的優(yōu)越性，太陽(yáng)能集熱器在冬季可以滿足溫室內(nèi)土壤加溫而且其余三季在太陽(yáng)能供應(yīng)生活熱水方面也滿足需要，提高了系統(tǒng)的年利用率。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)方式中，熱水加熱的總體效果要高于其他兩種，但熱水加熱的運(yùn)行費(fèi)用較高，其他兩種雖然費(fèi)用較低，但停機(jī)后的余熱效果不理想。傳統(tǒng)方式加熱都需要大量的燃料作為能源物質(zhì)，不但增加了加溫設(shè)備成本，而且這些能源物質(zhì)在燃燒時(shí)放出的大量廢氣還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。科技的進(jìn)步和對(duì)溫室的研究為溫室的加溫配套設(shè)備的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，新生出的溫室地下蓄熱和加溫技術(shù)、地源熱泵加熱技術(shù)和太陽(yáng)能加熱以其高效、清潔和實(shí)用占據(jù)了很大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于我國(guó)尤其是北方寒帶地區(qū)冬季溫度低，是影響冬季栽培的主要因素，而如果單純的采取傳統(tǒng)及加熱方式，一方面價(jià)格昂貴，投入和產(chǎn)出相差較大;另一方面，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響。因此，著重發(fā)展北方溫室的節(jié)能環(huán)保加溫設(shè)備系統(tǒng)是解決北方寒帶地區(qū)冬季保護(hù)地栽培的主要任務(wù)。

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