溫室加熱裝置的探究

李建軍　李延國　何禹　由莉莉　任慧　楊眉　黃雷　趙雅君　莊偉

摘要：溫室加熱裝置給溫室加熱的同時產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w，該氣體被冷卻、儲存及再利用，保證了植物在溫室正常生長所需要的溫度和進(jìn)行光合作用所需要的二氧化碳?xì)怏w。此裝置包括一個利用天然氣或沼氣做燃料的加熱器，加熱器工作時溫室內(nèi)的氣體被間接加熱，燃燒產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w通過冷卻器進(jìn)行冷卻和儲存，需要時由分流裝置進(jìn)行分流，按照預(yù)先確定的時間和流量給溫室供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w，保證溫室內(nèi)作物在進(jìn)行光合作用時二氧化碳?xì)怏w的供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：溫室加熱裝置；二氧化碳?xì)怏w；冷卻器；儲存裝置；光合作用

中圖分類號： S626 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.04.024

溫室技術(shù)的發(fā)展已成為提高設(shè)施果蔬產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段，在溫室內(nèi)相對封閉的環(huán)境下，由于植物進(jìn)行光合作用需要消耗大量的二氧化碳?xì)怏w，所以就需要保證溫室內(nèi)二氧化碳?xì)怏w濃度的相對平衡，否則，植物不能進(jìn)行光合作用，就不能正常生長。傳統(tǒng)的方式是通過通風(fēng)來獲得所需二氧化碳?xì)怏w，但溫室通風(fēng)勢必會造成溫室內(nèi)環(huán)境溫度的降低，尤其是在寒冷的北方冬季溫室通風(fēng)帶來的熱量損失是巨大的，如果不通風(fēng)或少通風(fēng)將導(dǎo)致溫室內(nèi)二氧化碳?xì)怏w濃度的逐漸降低，從而影響作物的正常生長，造成果蔬減產(chǎn)等損失。本文所研究的溫室加熱裝置，完全解決了上述矛盾，使溫室內(nèi)的植物能夠處于最佳的生長環(huán)境。此套裝置通過加熱器燃燒天然氣或清潔的沼氣所產(chǎn)生的熱量為溫室取暖，其主要燃燒產(chǎn)物為二氧化碳?xì)怏w，它可以為溫室內(nèi)作物提供二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行光合作用。但是，由于溫室在白天陽光充足的情況下，通過透明的屋頂可以直接接收太陽光輻射，所以溫室內(nèi)白天的溫度在通常情況下是可以滿足植物生長需要的，溫室加熱裝置通常用于提高夜間溫室內(nèi)的溫度，防止溫室內(nèi)植物在冬季低溫時受到凍害。如果白天僅為了植物進(jìn)行光合作用而對加熱裝置進(jìn)行加熱釋放二氧化碳?xì)怏w，那么無疑還會提高溫室內(nèi)的環(huán)境溫度。在過高的環(huán)境溫度下，將對植物的生長產(chǎn)生不利影響，會導(dǎo)致植物水份的大量蒸發(fā)，從而帶來果蔬減產(chǎn)和能源的浪費(fèi)。本文所研究的溫室加熱裝置實(shí)現(xiàn)了在溫室不需要加熱時，供熱系統(tǒng)可以低負(fù)荷或只在冬季夜間溫室內(nèi)溫度低時工作，加熱的同時把二氧化碳儲存起來，通過可控分流裝置，在白天植物進(jìn)行光合作用時把二氧化碳?xì)怏w釋放出來，保證植物進(jìn)行正常的光合作用，達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。

1工作原理和主要設(shè)備構(gòu)成

1.1工作原理

首先，在夜間當(dāng)溫室內(nèi)溫度降低需要加熱升溫時，啟動加熱器，通過空氣管道對溫室進(jìn)行間接加熱，加熱器工作時所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，通過壓縮機(jī)儲存在存儲裝置中備用，當(dāng)白天溫室內(nèi)作物需要二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行光合作用時，通過可控分流裝置，把存儲裝置中的二氧化碳?xì)怏w按作物需要釋放出來，為溫室內(nèi)的植物提供充足的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行光合作用，從而達(dá)到果蔬增產(chǎn)的目的。

其次，當(dāng)溫室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到植物正常生長且不需要加熱升溫時，為避免室溫過熱，可以通過冷卻裝置對加熱器燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷卻，冷卻后的二氧化碳?xì)怏w通過分流控制裝置，按照植物需要從存儲裝置中向溫室內(nèi)輸送，保證溫室內(nèi)植物的正常光合作用，促進(jìn)植物生長。

另外，在我國北方寒冷地帶的冬季大部分時間里，白天也需要對溫室進(jìn)行加溫加熱，此時，可以關(guān)閉氣體冷卻裝置，加熱器燃燒所產(chǎn)生的高溫二氧化碳?xì)怏w可以通過分流控制裝置直接排放到溫室中，這樣，既達(dá)到了為溫室內(nèi)作物供應(yīng)二氧化碳的目的，又充分利用了加熱器燃燒所產(chǎn)生的熱量，提高了溫室的溫度。

1.2設(shè)備構(gòu)成

注：1.裝置；2.溫室屋頂；3.分配管道；4.蒸發(fā)池；5.循環(huán)泵；6水冷回路；7.冷卻裝置；8.壓縮機(jī)；9.控制閥門；10.儲存裝置；11.熱交換器；12.加熱器；13.空氣加熱管道；14.溫室地面；15.植物；16.溫室。

如圖所示，圖中包括溫室加熱器12和同時供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w的裝置。二氧化碳?xì)怏w按要求，被收集在存儲裝置10中，儲存裝置10是由丁基橡膠材料制作的空心圓環(huán)，壓縮機(jī)8被安置到存儲裝置10的進(jìn)口管道上，強(qiáng)制把二氧化碳?xì)怏w排入到存儲裝置10中。

如果存儲裝置10被放置于溫室內(nèi)時，可使二氧化碳?xì)怏w更加均勻分布；當(dāng)收集二氧化碳過程中溫室內(nèi)溫度降低時，還可作為溫室的內(nèi)部加熱源對溫室進(jìn)行加熱。

在裝置1中包含了冷卻裝置7，它用于冷卻由加熱器12在工作中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入儲存裝置10前經(jīng)過熱交換器11冷卻，氣體要存儲于較小的存儲空間中，就需要約0.1～0.5MPa存儲壓力，通過壓縮機(jī)8收集加熱器12產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，儲存在存儲裝置10，分配管道3連接儲存裝置10和溫室16，分配管道3上設(shè)有控制閥門9，按所需要量控制二氧化碳?xì)怏w的供應(yīng)量，熱交換器11設(shè)有水冷回路6，其中還包括蒸發(fā)池4和循環(huán)泵5。

2設(shè)備的特點(diǎn)

通過加熱器給溫室加溫和供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w，加熱器使用天然氣或沼氣加熱，可按需要間接加熱溫室內(nèi)空氣；當(dāng)溫室環(huán)境溫度達(dá)到植物正常生長所需溫度時，可以通過冷卻裝置對加熱器燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行冷卻，冷卻后的二氧化碳?xì)怏w通過壓縮機(jī)壓縮存儲在存儲裝置中，按照溫室內(nèi)植物對二氧化碳?xì)怏w的需要，通過分流控制裝置把二氧化碳?xì)怏w從存儲裝置中向溫室輸送，分流控制裝置是按照預(yù)先確定的時間和流量來控制二氧化碳?xì)怏w供應(yīng)量大小的。

該裝置不僅給溫室提供了供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w裝置，而且還進(jìn)一步通過溫室中排列的管道，在需要的時候，隨時給溫室加熱。當(dāng)溫室內(nèi)的作物需要二氧化碳?xì)怏w時，被冷卻的二氧化碳?xì)怏w也會及時地從儲存裝置中被輸入到溫室內(nèi)。

該裝置可以給正常通風(fēng)的溫室加熱和供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w，也就是說加熱器可在不影響溫室正常通風(fēng)的條件下，供應(yīng)給溫室足夠的相當(dāng)于戶外的二氧化碳水平。眾所周知，通風(fēng)會造成溫室內(nèi)二氧化碳?xì)怏w的損失，所以說要保證溫室內(nèi)植物正常光合作用，就需要比較高的二氧化碳水平。比如，一個封閉的面積在500平方米左右的溫室，植物正常光合作用每天需要最少30～50公斤二氧化碳?xì)怏w，此裝置可以在每晚通過燃燒150公斤燃料提供450公斤二氧化碳?xì)怏w。所以，盡管有通風(fēng)的因素存在影響了一部分二氧化碳?xì)怏w散失，但燃燒產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w供應(yīng)量三倍于植物正常進(jìn)行光合作用所需要的需求量，也就是說該加熱裝置產(chǎn)生二氧化碳供應(yīng)量是十分充足的。

該裝置實(shí)現(xiàn)了在溫暖的氣候下或不需要加熱時，加熱裝置可以低負(fù)荷工作或只在冬季夜間的部分時間工作。同時，把二氧化碳?xì)怏w儲存起來，白天釋放二氧化碳?xì)怏w至溫室內(nèi)來保證植物進(jìn)行正常的光合作用，這樣就可以避免只是為了獲得二氧化碳?xì)怏w而使加熱裝置工作，然后再排放掉產(chǎn)生的熱量，浪費(fèi)了能源。同時，該設(shè)備還能夠同步實(shí)現(xiàn)冷卻二氧化碳的作用，這樣還可以避免只為獲得冷卻的二氧化碳?xì)怏w，不得不再使用一套冷卻裝置來對加熱器產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)行降溫處理。

3結(jié)論

目前溫室加熱裝置使用的燃料大部分都是燃煤和秸稈等普通燃料，這些燃料的使用，所產(chǎn)生的燃燒廢氣基本上是直接排放到大氣中，對環(huán)境造成一定的污染。本研究所采用的加熱器燃燒材料為天然氣或清潔的沼氣，既避免了溫室在加熱取暖過程中燃燒物排放造成的環(huán)境污染，又能夠在溫室需要加熱升溫時為溫室加熱取暖，同時當(dāng)溫室內(nèi)植物進(jìn)行光合作用需要二氧化碳供給時，隨時為植物提供充足的二氧化碳?xì)怏w供給，大大降低了果蔬生產(chǎn)成本，提高了種植戶的生產(chǎn)收益，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境和節(jié)本增效的目的。

作者簡介：李建軍，農(nóng)業(yè)工程碩士，長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域科研、推廣。endprint