加温系统及其设备在现代温室中的应用

引言

现代化温室有热效率高的加热系统，在最寒冷的冬春季节，无论晴好天气还是阴雪天气，都能保证作物正常生长发育所需要的温度。提高温室的保温性能，降低能耗，是提高温室生产效益的直接手段。

1 温室中的气温变化

1.1 气温的季节变化 温室内气温受外界日温及季节气温的变化而改变，存在着明显的季节温差冬季和早春气温低在晴天时有较为明显的变化规律，午夜至凌晨日出前，温室内气温最低，日出后随太阳辐射的增加，温室效应加强，气温上升，14：00以后气温下降，阴雨天时气温变化相对平稳。温室的气温一年四季比露地高，在高纬度地区季节变化较为明显，一般可以缩短冬季3.5个月，延长夏季3个月，春、秋季20-30天，为植物生长提供良好的环境。

1.2 气温的日变化 气温的日变化规律与外界基本相同，即白天气温高，夜间气温低。晴天最低温度出现在揭去不同命覆盖物后0.5h左右，随后温度上升，上升幅度为5-6℃/h。到中午12：00，温度下降缓慢，16：00至次日8：00，有5-7℃的降温。

2 温室加温系统设备的种类

加温系统采用集中供热分区控制，现阶段的采暖方式主要有以下几种：

2.1 热水加热 水采暖是用60℃-85℃热水循环与空气进行热交换，热水加温系统由热水锅炉、供热管和散热设备三个基本部分组成，其工作过程是：用锅炉将水加热，然后由水泵加压，将热水通过供热管道供给温室内的散热器，然后通过散热器来散热，提高温室的温度，冷却的热水又回到锅炉再加热重复循环。

在热水采暖系统中，如果在锅炉和流转水泵之间设置多路混合阀，在流转水泵出口与热水管间设置温度传感器，则该系统能实现微机自动控制。通过水泵加压后将热水送入布置在温室内的散热器，对温室加温。热水在散热器内循环后，水温降低，降温后的水（冷水）经各回流管集中，这种采暖系统的散热器一般使用温室专用的热浸镀锌钢管圆翼散热器，它的散热面积大，使用寿命长。散热器的布置对温室内温度的均匀性影响很大，设计时必须结合温室内空气流动状况综合考虑精心布置。适用于现代化大中型温室。

热水采暖系统运行稳定可靠，是目前最常用的采暖方式。适用于各种温室，余热多，停机后保温性好但是这种系统投资较高。

2.2 热风加温 热风采暖是由热风直接加热空气，热风加温系统由热源、空气换热器、风机和送风管道组成。其工作过程为：有热源提供的热量极热空气换热器，用风机强迫温室内的部分部分空气流过空气转换器，这样不断循环进行温室加热。热风加热系统的热源可以是燃油、燃气、燃煤装置或电加热器，也可以是热水或蒸汽。热源不同，热封加热设备安装形式也不一样。蒸汽、电热或热水式加温系统的空气换热器安装在温室内，与风机配合直接提供热风；燃油、燃气式的加热装置安装在温室内；燃烧后的烟气排放到温室外，燃煤热风炉一般体积较大，使用中也比较脏，一般谁安装在温室外部。为了使热风在温室内均匀分布，由通风机将热空气送入通风管。

热风加热适用于各种温室，缺点是停机后缺乏保温性，由于不用水作载热体，系统操作容易，设备投资较少，适用于中小型温室以及日光温室的辅助加热或临时防寒措施。

2.3 电加热 电热采暖是用电热器直接加热空气或电热线加热苗床，其主要设备为电暖风机或电热线。比较常见的电加热方式是将地热线埋在地下，用来提高低温，主要用在温室育苗。这种方式预热时间性短，进行自动控制较容易，使用简便，电能是最清洁、方便的能源，但电能是二次能源，本身比较贵，且停机后缺乏保温性，因此只能作为一种临时加温措施短期使用。适用于小型育苗温室，土壤加温辅助采暖和日光温室的辅助加热或作临时防寒用。

3 新型加热设备系统

随着对温室加温系统和设备的不断研究，又新生出以下三种加热设备系统

3.1 温室地下蓄热加温技术 温室地下管式蓄热加温作为一种节能的加温方法已在法国、加拿大、希腊、日本和中国等国家应用。温室地下蓄热系统由温室、地坪、轴流式风机、进气道、排气道等组成，其原理是白天，由于太阳辐射温室内空气温度升高，而地坪内温度较低，使地坪与静止空气的传热较慢。当室内气温高于设定值时，启动轴流式风机，使温室内空气流经换热竹道，空气中的热能向蓄热层转移，地坪温度升高并贮存了大量热能。夜间，当温室内空气温度低于地坪温度时，地坪作为热源，其中的蓄热以导热方式缓慢传入温室空气中，或者启动轴流式风机，使温室内空气流经换热竹道而被加热，加热热量随气流被输送到温室内，从而维持温室内较高气温。系统具有良好的加温性能。温室地下蓄热系统在蓄热与加温时温室内空气流经换热竹道温度、烩值变化明显，系统具有良好的降温与加温能力，能够明显提高苗床温度，是温室节能的新途径。

3.2 地源热泵加热技术 近年来，热泵系统作为一种节能、高效、环保的新型技术，在设施农业领域得到了广泛的应用，热泵系统是通过低温热源进行供热的。热泵系统主要应用于大型连栋温室同时也可以应用于日光温室。浅层地能的利用主要是通过地源热泵技术来实现，这是一种以浅层土壤(200m以内)或地下水作为空调热源或冷源，兼具加温和制冷双重功能的热泵技术，也是近年来世界范围内发展最为迅速和研究最广泛的一项可再生能源空调工艺之一，泵中的应用总量超过3000*104m2空调面积，其规模还在不断扩大并开始在设施农业环境控制领域得到应用和研究。以标准煤为参照，对地源热泵系统和燃煤热水两种加温方式进行简单的对比。泵加温的温室供热量(817198.70J)相当于65.06t燃煤供热值(煤的燃烧值约为20934kJ/kg,煤锅炉供暖的热效率取为60%)，而系统采暖期间共消耗的电量(59268.84kWh)相当于37.75t煤燃烧后的发电量(27%的热电转换率，不考虑电能输送损失)，可以看出与传统燃煤供热系统相比，采用地源热泵系统加热温室可节煤58%，具有很好的节能、减排效果。

3.3 太阳能地热加温系统 太阳能是一种清洁能源，量大而分布广泛，应用于温室加温，替代不可再生的化石燃料加热，是最有前景的能源之一。太阳能地热加温系统主要包括全玻璃真空管集热器模块、数字式温度显示表、循环水泵、保温储热水箱和散热管。

太阳能集热器集安装在日光温室东侧缓冲间屋顶，保温储热水箱安装在温室内东侧山墙边，散热管从日光温室南底角进入温室的最西侧，在温室中沿最西侧开始向东铺设跨度为20m的散热管，散热管埋设间距30cm，散热管埋深为30cm，散热管下并埋设苯板。系统对5cm以上的土壤温度和温室内气温的影响不明显但热能主要集中加热了15-25cm深度根系分布区域内的土壤，完全能够满足高寒地区冬季日光温室种植茄果类蔬菜根部所需的温度。由此可见太阳能地热系统能量利用率较高。从经济的角度出发太阳能供热与锅炉电加热等其他设施相比除初次投资费用较高外系统的运行费用极低。太阳能系统在北方高寒地区具有显著的优越性，太阳能集热器在冬季可以满足温室内土壤加温而且其余三季在太阳能供应生活热水方面也满足需要，提高了系统的年利用率。

4 总结

传统方式中，热水加热的总体效果要高于其他两种，但热水加热的运行费用较高，其他两种虽然费用较低，但停机后的余热效果不理想。传统方式加热都需要大量的燃料作为能源物质，不但增加了加温设备成本，而且这些能源物质在燃烧时放出的大量废气还会对环境造成污染。科技的进步和对温室的研究为温室的加温配套设备的发展提供了强有力的技术支持，新生出的温室地下蓄热和加温技术、地源热泵加热技术和太阳能加热以其高效、清洁和实用占据了很大的优势。对于我国尤其是北方寒带地区冬季温度低，是影响冬季栽培的主要因素，而如果单纯的采取传统及加热方式，一方面价格昂贵，投入和产出相差较大；另一方面，还会对环境造成很大的影响。因此，着重发展北方温室的节能环保加温设备系统是解决北方寒带地区冬季保护地栽培的主要任务。

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