兩種日光溫室高效加溫設備的對比試驗

高海明

（新疆烏魯木齊縣農業機械化技術推廣站，新疆 烏魯木齊 830054）

1 前言

目前烏魯木齊縣冬季日光溫室生產主要的加溫方式仍然是簡易燃煤爐，俗稱土爐子，它是采用土砌爐通過磚砌煙道火墻散熱來給溫室加溫，如圖1。標準溫室一般至少安裝4個土爐子，如果種植果類蔬菜需要安裝7個。晚上12時加煤后，凌晨3～4時還需要加一次煤，每次加煤量約20kg左右。這種方式熱效率低，耗煤量大，夜間操作頻繁，溫室升溫效果不好，在冬季寒冷時節，只能種植適宜較低溫度蔬菜品種。為提高日光溫室的溫度，實現夜間無人值守，增加冬季寒冷時節蔬菜種植品種，經過市場考察，結合烏魯木齊縣冬季溫室氣候條件，2015年9月引進了兩種新型高效加溫設備：自動變頻控溫超導熱管燃煤型熱風爐和數控燃煤型反燒多回程水暖鍋爐加溫設備，分別在烏魯木齊縣水西溝鎮東灣村兩座生產草莓的日光溫室進行了試驗。

圖1 簡易燃煤爐（俗稱土爐子）在日光溫室中的使用

2 自動變頻控溫超導熱管燃煤熱風爐結構及特點

自動變頻控溫超導熱管燃煤熱風爐是由新疆瑞龍農牧機械設備制造有限公司生產的，型號為RF-3型。其設計輸出熱量為16萬kCal/h（圖2）。該熱風爐加溫設備主要由燃燒室、熱管換熱器、超導介質蒸發冷凝循環系統、煙氣余熱回收裝置、排煙風機、熱風離心風機、輸送風道、自動控制柜組成。其主要特點是：（1）通過全封閉真空管內的熱活性好、熱敏性高的超強導熱介質進行熱量交換。一般超導介質的最低工作溫度為40～50℃，該加溫設備超導介質在25～30℃即開始吸熱由液態變成氣態，大幅提高了熱交換效率；（2）通過溫度傳感器連接變頻器控制排煙風機轉速來實現自動控溫。排煙風機的轉速快慢或啟停可以控制燃料燃燒時供氧量的多少，從而控制燃料燃燒的速度，進而控制燃燒釋放熱量的速度；（3）通過煙氣熱量回收裝置，最大限度提高了熱效率。在熱量交換系統內設有煙氣換熱管，通過煙氣換熱管將煙氣余熱回收利用。

圖2 RF-3型超導熱風爐

圖3 CLHB-3溫室水暖鍋爐加溫設備

3 數控燃煤型反燒多回程水暖鍋爐加溫設備結構及特點

水暖鍋爐加溫設備由烏魯木齊市牧豐偉業農業機械制造有限公司生產，型號為CLHB-3，設計輸出熱量為15萬kCal/h（圖3）。該水暖鍋爐加溫設備主要由水暖反燒鍋爐主機、引煙風機、熱水循環泵、圓翼型散熱器、鋁制翅片式散熱器、自動控制箱組成。其主要特點是：（1）水暖反燒鍋爐主機采用單層爐排倒風反燒方式。燃燒室由主燃燒室和輔助燃燒室組成，燃煤置于主燃燒室爐排上部，在主燃燒室內完成預熱、干餾以及氧化還原等過程，產生的可燃氣體進入副燃燒室，煤氣向爐排下移動，此時加上二次補風再次燃燒，在爐膛內形成翻騰式火團，充分實現反燒原理；（2）散熱系統采用鍍鋅圓翼型鑄鐵管散熱器和鋁制翅片式暖風機雙重結合的方式（圖4），溫室拱棚前安裝鍍鋅圓翼型鑄鐵管進行散熱，溫室后墻安裝若干組鋁制翅片式暖風機進行散熱，有效提高了散熱效率。

圖4 數控水暖鍋爐加溫設備散熱系統

4 試驗分析

4.1 試驗的基本條件

兩種溫室加溫設備自2015年入冬以來分別在烏魯木齊縣水西溝鎮東灣村建造結構相同的兩座日光溫室進行了試驗示范，進行試驗示范的日光溫室為前后相鄰，長度均為90 m，寬度均為11 m，保溫被材質相同。將使用RF-3型燃煤超導熱風爐的溫室編為1號溫室，使用CLHB-3溫室燃煤型水暖鍋爐智能加溫設備的溫室編為2號溫室。

4.2 溫度采集起止日期的確定

烏魯木齊縣日光溫室供暖時間一般是從當年11月中旬到次年3月中旬，供暖期大約是120天左右。為了更好地觀察增溫效果，選擇室外氣溫較低的若干天進行數據采集。分別選2016年1月21日20時～2016年1月24日10時和2017年1月8日20時～2017年1月11日時這兩個時間段。為了便于比對，選擇的兩個起止日期間隔均為3天。其室外溫度變化曲線分別如圖 5、圖 6。

圖5 2016年1月21日20時～24日10時室外溫度變化曲線

圖6 2017年1月8日20時～11日10時室外溫度變化曲線

4.3 溫度采集時間段的確定

正常晴天情況下，根據日落日出時間變化，烏魯木齊縣使用高效加溫設備的日光溫室一般在10：40～11：10卷起保溫被，根據溫室內氣溫實際變化情況在14時左右進行通風，在 17：30～18：00 放下溫室保溫被，次日 0：00～1：00 加煤一次，加煤量大約 120～160 kg，之后不再加煤，直到次日10：40～11：10卷起保溫被后由太陽光照射給溫室進行增溫。白天只要有陽光，只需加少量燃煤，維持燃燒室火不熄滅即可。溫室溫度以一天24小時為一個變化周期，其溫度變化的曲線如圖7，圖7是2號溫室在2016年1月21日9點～1月22日12時的溫度變化曲線。其中從A點到F點是一個溫度變化周期，曲線上A點為開始卷起保溫被時刻，B點為開始通風時刻，C點為停止通風時刻，D點為開始放下保溫被時刻，E點為加燃煤時刻，F點為次日開始卷簾時刻。日光溫室供暖主要在夜間時段，即從日太陽落下時放下溫室保溫被后到次日早上太陽升起時卷起溫室保溫被這個時間段。為了減少外部因素的干擾，保證采集試驗數據的準確度，溫度采集的開始時間的統一確定為當日20點，溫度采集的結束時間統一確定為次日10點，即當時20時至次日10日為一個溫度采集分析周期。

圖7 2號溫室2016年1月21日9時～1月22日12時的溫度變化曲線

4.4 數據采集和處理

為了便于對照，在有效數據采集期間，1號和2號溫室夜間加煤時間統一定為0時，每次加煤量統一定為150kg。1號和2號溫室保溫被卷放時間相同。用溫度記錄儀對1號和2號溫室室內外溫度進行了每間隔5分鐘的連續記錄。根據記錄的溫度數據，繪制1、2號溫室溫度每個記錄周期內的溫度變化曲線，1號溫室在6天的溫度記錄周期內的溫度變化趨勢基本相同，如圖8。同樣2號溫室在6天溫度記錄周期內的溫度變化趨勢也基本相同，如圖9。對記錄的數據進行處理后，制成室內外最高最低平均溫度對照表（表1）。根據表1的數據，分別繪制了1號溫室和2溫室在6天內的最高溫室、最低溫度和平均溫度變化的6條曲線（圖10）。

圖8 1號溫室20:00～次日10:00溫度變化曲線

4.5 數據分析

（1）從圖8可以看出1號溫室的溫度變化曲線呈現鋸齒狀，2號溫室溫度變化曲線是平滑曲線，說明1號溫室溫度在總體大趨勢溫度變化的基礎上，溫度還呈窄幅度高頻率波動，原因是熱風離心風機間歇性啟停工作所致。

圖9 2號溫室20:00～次日10:00溫度變化曲線

（2）對比圖8、圖9，可以看出1號溫室最高溫度比2號溫室最高溫度要提前2小時左右出現，1號溫室最高溫度一般出現在1：30～2：00之間，2號溫室最高溫度一般出現在3：30～4：00之間。這說明RF-3型燃煤超導熱風爐燃煤燃燒速度快，熱量在短時間通過熱風大量釋放，溫室升溫迅速。CLHB-3型水暖鍋爐加溫設備通過水暖散熱系統的熱輻射交換熱量，溫室升溫較慢。

表1 室內外最高最低平均溫度對照表

（3）從表1和圖10，可以看出雖然1號溫室最高溫度比2號溫室高，但是1號溫室最低溫度和平均溫度都比2號溫室平均溫度低。這說明RF-3型燃煤超導熱風爐燃煤溫室雖然升溫迅速，但是CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設備采用反燒設計，燃燒充分，熱效率高，所以2溫室平均溫度比1號溫室要高；CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設備通過熱水傳熱，熱水蓄熱性好，即便鍋爐內的煤燃盡后仍然能給溫室內持續提供熱量，所以2號溫室的最低溫度比1號溫室要高2℃左右。

5 結論及建議

通過試驗，所引進的兩種新型高效熱風爐符合烏魯木齊縣日光溫度冬季生產要求，都能實現夜間無人值守。對于溫室冬季生產而言，最低溫室和平均溫度比最高溫度更能衡量溫室加溫設備的性能。通過數據圖表的比對分析，CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設備比RF-3型燃煤超導熱風爐總體性能更好，更適宜推廣。

圖10 最高溫度、最低溫度和平均溫度變化曲線