紅地球葡萄日光溫室壁掛熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)與應(yīng)用

常俊

摘要：為了提高冬季紅地球葡萄日光溫室抵御極端低溫天氣的能力，設(shè)計(jì)一種壁掛熱風(fēng)爐。以柱狀錐頂火爐為熱源、熱風(fēng)為媒介，在抽風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下傳導(dǎo)熱能。應(yīng)用后啟動(dòng)迅速、升溫快，提高了冬季日光溫室抵御極端低溫天氣能力，保證了栽培作物正常生長(zhǎng)，且制作簡(jiǎn)單，安裝方便，節(jié)省空間，易于推廣。

關(guān)鍵詞：日光溫室；熱風(fēng)爐；低溫；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK229? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2023）01-0034-03

日光溫室為人們提供了大量的新鮮蔬菜、果品和其他農(nóng)副產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了蔬菜、果品等農(nóng)副產(chǎn)品的反季節(jié)生產(chǎn)和周年供應(yīng)，特別在寒冷的冬季，人們依然能吃上新鮮的蔬菜和果品。但在我國(guó)北方地區(qū)，日光溫室冬季生產(chǎn)面臨極端冰雪凍害天氣的影響。近年來(lái)，受全球氣候變化影響，極端冰雪凍害天氣出現(xiàn)頻率增多、時(shí)段異常，給日光溫室冬季生產(chǎn)造成一定損失，部分日光溫室因凍害減產(chǎn)甚至絕收，影響了果蔬的冬季市場(chǎng)持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)和種植戶的收益。為了應(yīng)對(duì)冬季極端冰雪凍害天氣對(duì)日光溫室生產(chǎn)的影響，日光溫室內(nèi)應(yīng)配備一定的加熱設(shè)施，以防范和抵御極端低溫對(duì)作物造成冷害或凍害。目前，我國(guó)北方地區(qū)日光溫室加熱應(yīng)用最為普遍的是土炕[1]和暖氣[2]，也有利用大功率燈泡[3]加熱的報(bào)道，但在實(shí)際應(yīng)用中均因體積大、成本高、維護(hù)難等問(wèn)題，很難大面積推廣應(yīng)用。在已有日光溫室加熱設(shè)備基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種日光溫室壁掛熱風(fēng)爐，經(jīng)試驗(yàn)應(yīng)用取得一定效果，為日光溫室冬季生產(chǎn)、抵御突發(fā)極端低溫天氣提供了高效加熱設(shè)備。

1 應(yīng)用地與材料概述

1.1 應(yīng)用地概況

應(yīng)用地位于甘肅省天祝藏族自治縣打柴溝鎮(zhèn)金強(qiáng)河川區(qū)，該地海拔2 450～2 800 m，大陸性高原季風(fēng)氣候，無(wú)霜期90～120 d，年日照時(shí)數(shù)2 600～2 800 h。雨熱同季，年降雨量400～600 mm，60%降雨集中在7—9月，年均氣溫2.8 ℃，4—10月平均氣溫＞10 ℃，1—3月和11—10月平均氣溫＜10 ℃，最低氣溫-18 ℃位于1月份，最高氣溫35 ℃位于8月份，晝夜溫差5～15 ℃。受氣溫和無(wú)霜期影響，傳統(tǒng)露地作物一年一熟，收獲后耕地長(zhǎng)期閑置，利用率低，栽培效益難以提高。近年來(lái)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，利用冷涼氣候資源、充足光照和日光溫室栽培設(shè)施，推行蔬菜、果品反季節(jié)延遲栽培，將西葫蘆、草莓、葡萄等產(chǎn)品采收期延遲至元旦、春節(jié)上市，栽培效益極高。

但在日光溫室生產(chǎn)中，冬季極端低溫頻發(fā)，常造成栽培作物減產(chǎn)或絕收。應(yīng)用壁掛熱風(fēng)爐有望解決這一問(wèn)題。壁掛熱風(fēng)爐安裝在長(zhǎng)60 m，寬7.5 m，脊高3.8 m，空間容積926.28 m3的日光溫室內(nèi)，室內(nèi)栽植作物為5 a生紅地球葡萄，行距2 m，株距1 m，南北行向，“Y”樹(shù)形。

1.2 材料加工與安裝調(diào)試

制作日光溫室壁掛熱風(fēng)爐的材料主要是鋼板、鋼管、角鐵、螺栓、螺母等。抽風(fēng)機(jī)從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)成品組裝，加熱燃料主要為煤炭、枯枝、落葉等。制作方法主要為焊接、打孔和螺栓螺母固定，主要加工工具為電焊機(jī)和臺(tái)鉆。施工人員需具備一定的機(jī)械加工技能，能按設(shè)計(jì)圖紙加工、安裝、調(diào)試和應(yīng)用。

1.3 應(yīng)用性能評(píng)價(jià)

對(duì)日光溫室壁掛熱風(fēng)爐進(jìn)行最大升溫速率（℃/h）測(cè)定，以日光溫室內(nèi)栽植作物5 a生紅地球葡萄為指示植物，對(duì)其生長(zhǎng)狀況和空間利用情況進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)。

2 日光溫室壁掛熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

1） 結(jié)構(gòu)說(shuō)明：日光溫室壁掛熱風(fēng)爐如圖1至圖6所示。日光溫室壁掛熱風(fēng)爐由火爐、T形散熱管Ⅰ、閥門(mén)、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管、電動(dòng)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)組裝而成。火爐基部圓柱形，頂部圓錐體形，側(cè)壁設(shè)有圓形進(jìn)料口和出灰口，內(nèi)部橫截面設(shè)有網(wǎng)狀隔板。火爐通過(guò)制模鑄造而成，內(nèi)壁附耐火泥土層。T形散熱管、T形散熱管Ⅱ均為橫截面圓形鋼管焊接而成，I形散熱管為橫截面圓形鋼管剪截而成，U形散熱管為橫截面圓形鋼管折彎而成。T形散熱管Ⅰ、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管頂端均焊接法蘭，用于相互連接。

2） 安裝說(shuō)明：安裝日光溫室壁掛熱風(fēng)爐時(shí)，先將火爐運(yùn)入日光溫室緩沖房?jī)?nèi)，在日光溫室緩沖房屋頂打洞，依次將火爐頂端、T形散熱管Ⅰ垂直端、閥門(mén)、T形散熱管Ⅱ垂直端、抽風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)沿火爐頂部垂直方向連接。然后，在日光溫室緩沖房側(cè)墻上打2個(gè)上下平行的洞，將兩根I形散熱管的一端分別從室內(nèi)2個(gè)孔洞穿入緩沖間內(nèi)，與T形散熱管Ⅰ和T形散熱管Ⅱ水平端對(duì)接，I形散熱管另一端根據(jù)日光溫室長(zhǎng)度與多個(gè)I形散熱管依次連接，最終在日光溫室后墻上形成平行的I形散熱管組合體。平行的I形散熱管末端用U形散熱管連接，最終完成日光溫室壁掛熱風(fēng)爐的安裝。

安裝過(guò)程中壁掛熱風(fēng)爐各構(gòu)件之間通過(guò)法蘭對(duì)接和螺栓固定，T形散熱管Ⅰ、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管通過(guò)角鐵焊接的L形支撐架，用膨脹螺絲固定在日光溫室和緩沖房墻面上。電動(dòng)機(jī)用膨脹螺絲固定在日光溫室緩沖房混凝土屋頂。為了增加各構(gòu)件的密封性，在安裝過(guò)程中法蘭之間需加裝石棉襯墊。

3） 應(yīng)用說(shuō)明：在日光溫室壁掛熱風(fēng)爐應(yīng)用前，先在火爐內(nèi)填充煤炭、枯枝、落葉等燃料，打開(kāi)閥門(mén)，引燃后再打開(kāi)抽風(fēng)機(jī)。待燃料旺盛燃燒后，關(guān)閉閥門(mén)，熱風(fēng)通過(guò)水平I形散熱管進(jìn)入日光溫室內(nèi)實(shí)施加熱。日光溫室壁掛熱風(fēng)爐在加熱預(yù)備期或作為日光溫室緩沖房取暖用途時(shí)，可作為普通火爐使用，即打開(kāi)閥門(mén)，關(guān)閉抽風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)（火煙）不經(jīng)日光溫室內(nèi)I形散熱管流動(dòng)而直接從垂直T形散熱管Ⅰ和T形散熱管Ⅱ排出。

3 日光溫室壁掛熱風(fēng)爐加工制造參數(shù)和性能指標(biāo)

日光溫室壁掛熱風(fēng)爐各構(gòu)件的設(shè)計(jì)和加工制造參數(shù)遵循安裝方便、操作簡(jiǎn)單、節(jié)省材料的原則。其加工制造參數(shù)見(jiàn)表1，性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

由表1所示，火爐設(shè)計(jì)高度90 cm，其中圓柱體高50 cm、圓錐體高40 cm、直徑60 cm，其作用是便于添加燃料，添加燃料時(shí)不彎腰，省力、省工、省時(shí)。I形散熱管長(zhǎng)5 m，直徑20 cm，其作用是根據(jù)日光溫室長(zhǎng)度自由組裝，用以滿足不同日光溫室的需要。抽風(fēng)機(jī)葉輪直徑60 cm，電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)功率3 kW，其作用是便于快速升溫。火爐出灰口寬40 cm、高30 cm，火爐進(jìn)料口直徑30 cm，其作用是便于出灰和進(jìn)料，還可增加燃燒供氧量。

由表2所示，應(yīng)用日光溫室壁掛熱風(fēng)爐加熱，待爐體內(nèi)煤炭旺盛燃燒時(shí)，最大升溫速率可達(dá)5 ℃/h，能在短期內(nèi)提高溫度，提高了抵御極端低溫的時(shí)效性。利用栽植作物5 a生紅地球葡萄作為指示植物，生長(zhǎng)狀況為正常生長(zhǎng)，空間利用率高。

4 結(jié)語(yǔ)

在日光溫室內(nèi)采取砌土炕或架設(shè)暖氣片等傳統(tǒng)方法進(jìn)行加熱時(shí)，均利用熱輻射和熱水循環(huán)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)熱能傳導(dǎo)，并在日光溫室冬季生產(chǎn)中發(fā)揮著積極作用。但也存在諸多不足，比如土炕占用空間大，密封性差，易泄露有害氣體。暖氣加熱時(shí)需連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，否則管道內(nèi)易結(jié)冰，造成管道和散熱片凍裂，且管道和散熱片強(qiáng)度要求高，建設(shè)和維護(hù)成本也高。采用大功率燈泡加熱的方法不僅耗費(fèi)大量電能，對(duì)供電線路要求高，而且保險(xiǎn)裝置易跳閘，存在火災(zāi)隱患。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，日光溫室暖氣加熱裝置一般以水為媒介，升溫慢，維護(hù)成本高，難以滿足作物對(duì)熱能的需求。本研究設(shè)計(jì)的日光溫室壁掛熱風(fēng)爐制作簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、安裝方便、易于推廣，它以熱風(fēng)為熱能載體，可大大提高熱能傳輸速率和加熱效率，縮短熱能傳輸媒介預(yù)熱時(shí)間，升溫速率最高可達(dá)5 ℃/h。日光溫室壁掛熱風(fēng)爐克服了暖氣加熱裝置的弊端，既可作為常規(guī)加熱設(shè)備，也可用作突發(fā)極端冰雪凍害天氣的應(yīng)急設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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Design and Application of Wall-mounted Hot Air Furnace in Greenhouse Planted Red Globe Grape

CHANG Jun

（Xiama Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center， Tianzhu Gansu 733205， China）

Abstract：? In order to improve the ability of the red earth grape solar greenhouse to resist extreme low temperature weather in winter， a wall-mounted hot air furnace is designed， with the cylindrical cone top furnace as the heat source and hot air as the medium to conduct heat energy under the drive of the exhaust fan. After the application， the plant starts quickly and warms up quickly， which improves the ability of the solar greenhouse to resist the extreme low temperature weather in winter， and ensures the normal growth of cultivated crops， and is simple to make， easy to install， save space and easy to promote.

Key words： solar; greenhouse; hot air furnace; low temperature; design; apply