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生了二氧化碳氣體，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行光合作用所需要的二氧化碳氣體。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的氣體被間接加熱，燃燒產生的二氧化碳氣體通過冷卻器進行冷卻和儲存，需要時由分流裝置進行分流，按照預先確定的時間和流量給溫室供應二氧化碳氣體，保證溫室內作物在進行光合作用時二氧化碳氣體的供應。

關鍵詞：溫室加熱裝置；二氧化碳氣體；冷卻器；儲存裝置；光合作用

中圖分類號： S626 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.04.024

溫室技術的發展已成為提高設施果蔬產量和質量的重要手段，在溫室內相對封閉的環境下，由于植物進行光合作用需要消耗大量的二氧化碳氣體，所以就需要保證溫室內二氧化碳氣體濃度的相對平衡，否則，植物不能進行光合作用，就不能正常生長。傳統的方式是通過通風來獲得所需二氧化碳氣體，但溫室通風勢必會造成溫室內環境溫度的降低，尤其是在寒冷的北方冬季溫室通風帶來的熱量損失是巨大的，如果不通風或少通風將導致溫室內二氧化碳氣體濃度的逐漸降低，從而影響作物的正常生長，造成果蔬減產等損失。本文所研究的溫室加熱裝置，完全解決了上述矛盾，使溫室內的植物能夠處于最佳的生長環境。此套裝置通過加熱器燃燒天然氣或清潔的沼氣所產生的熱量為溫室取暖，其主要燃燒產物為二氧化碳氣體，它可以為溫室內作物提供二氧化碳氣體進行光合作用。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的溫度，防止溫室內植物在冬季低溫時受到凍害。如果白天僅為了植物進行光合作用而對加熱裝置進行加熱釋放二氧化碳氣體，那么無疑還會提高溫室內的環境溫度。在過高的環境溫度下，將對植物的生長產生不利影響，會導致植物水份的大量蒸發，從而帶來果蔬減產和能源的浪費。本文所研究的溫室加熱裝置實現了在溫室不需要加熱時，供熱系統可以低負荷或只在冬季夜間溫室內溫度低時工作，加熱的同時把二氧化碳儲存起來，通過可控分流裝置，在白天植物進行光合作用時把二氧化碳氣體釋放出來，保證植物進行正常的光合作用，達到增產增收的目的。

1工作原理和主要設備構成

1.1工作原理

首先，在夜間當溫室內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行間接加熱，加熱器工作時所產生的二氧化碳氣體，通過壓縮機儲存在存儲裝置中備用，當白天溫室內作物需要二氧化碳氣體進行光合作用時，通過可控分流裝置，把存儲裝置中的二氧化碳氣體按作物需要釋放出來，為溫室內的植物提供充足的二氧化碳氣體進行光合作用，從而達到果蔬增產的目的。

其次，當溫室內環境溫度達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生的二氧化碳氣體進行冷卻，冷卻后的二氧化碳氣體通過分流控制裝置，按照植物需要從存儲裝置中向溫室內輸送，保證溫室內植物的正常光合作用，促進植物生長。

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行加溫加熱，此時，可以關閉氣體冷卻裝置，加熱器燃燒所產生的高溫二氧化碳氣體可以通過分流控制裝置直接排放到溫室中，這樣，既達到了為溫室內作物供應二氧化碳的目的，又充分利用了加熱器燃燒所產生的熱量，提高了溫室的溫度。

1.2設備構成

注：1.裝置；2.溫室屋頂；3.分配管道；4.蒸發池；5.循環泵；6水冷回路；7.冷卻裝置；8.壓縮機；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和同時供應二氧化碳氣體的裝置。二氧化碳氣體按要求，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，壓縮機8被安置到存儲裝置10的進口管道上，強制把二氧化碳氣體排入到存儲裝置10中。

如果存儲裝置10被放置于溫室內時，可使二氧化碳氣體更加均勻分布；當收集二氧化碳過程中溫室內溫度降低時，還可作為溫室的內部加熱源對溫室進行加熱。

在裝置1中包含了冷卻裝置7，它用于冷卻由加熱器12在工作中產生的二氧化碳氣體，二氧化碳氣體進入儲存裝置10前經過熱交換器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8收集加熱器12產生的二氧化碳氣體，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上設有控制閥門9，按所需要量控制二氧化碳氣體的供應量，熱交換器11設有水冷回路6，其中還包括蒸發池4和循環泵5。

2設備的特點

通過加熱器給溫室加溫和供應二氧化碳氣體，加熱器使用天然氣或沼氣加熱，可按需要間接加熱溫室內空氣；當溫室環境溫度達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生的二氧化碳氣體進行冷卻，冷卻后的二氧化碳氣體通過壓縮機壓縮存儲在存儲裝置中，按照溫室內植物對二氧化碳氣體的需要，通過分流控制裝置把二氧化碳氣體從存儲裝置中向溫室輸送，分流控制裝置是按照預先確定的時間和流量來控制二氧化碳氣體供應量大小的。

該裝置不僅給溫室提供了供應二氧化碳氣體裝置，而且還進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。當溫室內的作物需要二氧化碳氣體時，被冷卻的二氧化碳氣體也會及時地從儲存裝置中被輸入到溫室內。

該裝置可以給正常通風的溫室加熱和供應二氧化碳氣體，也就是說加熱器可在不影響溫室正常通風的條件下，供應給溫室足夠的相當于戶外的二氧化碳水平。眾所周知，通風會造成溫室內二氧化碳氣體的損失，所以說要保證溫室內植物正常光合作用，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公斤二氧化碳氣體，此裝置可以在每晚通過燃燒150公斤燃料提供450公斤二氧化碳氣體。所以，盡管有通風的因素存在影響了一部分二氧化碳氣體散失，但燃燒產生二氧化碳氣體供應量三倍于植物正常進行光合作用所需要的需求量，也就是說該加熱裝置產生二氧化碳供應量是十分充足的。

該裝置實現了在溫暖的氣候下或不需要加熱時，加熱裝置可以低負荷工作或只在冬季夜間的部分時間工作。同時，把二氧化碳氣體儲存起來，白天釋放二氧化碳氣體至溫室內來保證植物進行正常的光合作用，這樣就可以避免只是為了獲得二氧化碳氣體而使加熱裝置工作，然后再排放掉產生的熱量，浪費了能源。同時，該設備還能夠同步實現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氣體，不得不再使用一套冷卻裝置來對加熱器產生的二氧化碳氣體的進行降溫處理。

3結論

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，所產生的燃燒廢氣基本上是直接排放到大氣中，對環境造成一定的污染。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，同時當溫室內植物進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氣體供給，大大降低了果蔬生產成本，提高了種植戶的生產收益，達到了保護環境和節本增效的目的。

作者簡介：李建軍，農業工程碩士，長春市農業機械研究院，工程師，研究方向：農業機械領域科研、推廣。endprint