溫室快速除濕設備試驗與應用

關鍵詞：溫室；除濕設備；溫度傳感器；濕度傳感器；風機

0 引言

我國溫室種植規模不斷擴大，溫室內部環境封閉，種植生產中由于植物的蒸騰作用、土壤水分蒸發、覆蓋材料冷凝少等因素，溫室內部容易產生濕度過高的問題，高濕度是有害霉菌的理想繁殖條件，會嚴重影響作物的產量[1-8]。北方的冬季過于寒冷，很多日光溫室無法進行自然通風，室內的相對濕度會更高[9-11]。本研究在溫室內部鋪設除濕管道，布置溫度傳感器和濕度傳感器，采用再生式除濕機對溫室內部除濕，以評估這種除濕方式的合理性和有效性，為溫室除濕提供了新的方法和模式。

1 除濕原理及結構

1.1 除濕機結構

如圖1所示，除濕機包括除濕塔、主風機、再生風機、機殼和8個電動蝶閥等。除濕塔內上部為加熱器，底部為鹽槽。兩個除濕塔頂部和底部各引出一根管道，上部為干燥空氣出口，下部為再生出風口，兩塔的管道匯合后經風機引出機殼外部，兩除濕塔的中下部和中上部各引出一條管道，中上部管道匯合后經再生進風口引出機殼，中下部管道匯合后為除濕進風口引出機殼，除濕塔每個口引出管道處均接一個電動蝶閥。

除濕機整體參數如表1所示。除濕機所負責溫室面積320m2，高度6m，溫室內容積1920m3，按照1次/h置換室內空氣，選取主風機風量2000m3/h，風口尺寸15.24cm（6英寸），相應的管道直徑160mm。再生風機負責除濕塔再生時空氣流通，除濕塔內容量有限，故再生風機規格選取650m3/h，尺寸15.24cm（6英寸）。其主風機主要參數如表2所示。

1.2 工作過程

溫室內除濕時，除濕塔A處于除濕模式，塔內加熱器處于關閉狀態；除濕塔B處于再生模式，塔內加熱器處于開啟狀態。此時蝶閥1和蝶閥6開啟、蝶閥3和蝶閥7關閉、蝶閥2和蝶閥5關閉及蝶閥4和蝶閥8開啟，主風機運轉把溫室內部濕空氣從除濕進風口進入到除濕塔，濕空氣通過除濕塔鹽倉后脫水，從干燥風出口排到溫室內部。再生風機把空氣從再生進風口吸入到除濕塔B，除濕塔B加熱后鹽倉析出水分，空氣從再生出風口排出，帶走鹽倉析出的水分，完成再生。除濕塔A中的鹽倉吸水飽和后，除濕塔A和除濕塔B工作模式互換，上述開啟狀態閥門關閉，關閉狀態閥門開啟，除濕塔B開始除濕，除濕塔A開始再生。再生出風口處需接冷凝器將水蒸氣液化，防止水蒸氣通過再生進風口回流至除濕塔，影響相變材料的除濕效率。除濕過程和再生過程交替循環進行，除濕效率較高。

2 除濕機電氣控制

除濕機通過兩個除濕塔中的相變材料吸收水氣從而達到除濕的效果。兩個除濕塔交替工作，在一個除濕塔吸收足夠水氣后開始進行再生排水同時切換另一個除濕塔工作除濕。其電氣結構如圖2所示。

2.1 電氣控制原理

設備使用西門子S7-200型PLC進行編程作為下位機控制，上位機為昆侖通態觸摸屏，兩者之間通過TCP-IP協議進行通信控制。3個溫濕度傳感器通過485MODBUSRTU通信協議與PLC通信。通過溫濕度傳感器1監控室內溫濕度變化，可以設定室內溫度和濕度變化范圍，避免除濕過程中導致室內溫度過高；通過溫濕度傳感器2監控除濕塔中相變材料除濕性能變化，在相變材料儲存較多水導致無法除濕后及時開始再生流程排出除濕塔內儲存的水并切換另一個除濕塔除濕；通過溫濕度傳感器3監控除濕塔的再生流程，監控設備溫度變化，避免過高溫度導致出現問題。

2.2 工作流程

在使用除濕塔A進行除濕工作時，PLC控制蝶閥3和蝶閥5打開同時關閉蝶閥4和蝶閥6，啟動主風機F1，在除濕塔A儲存較多水導致無法除濕后及時開始除濕塔A的烘干流程并切換另一個除濕塔B除濕，同時除濕塔A開始進行除濕工作，PLC控制蝶閥1和蝶閥7打開同時關閉蝶閥2和蝶閥8，啟動再生風機F2。在使用除濕塔B進行除濕工作時，PLC控制蝶閥4和蝶閥6打開同時關閉蝶閥3和5，啟動主風機F1，在除濕塔B儲存較多水導致無法除濕后及時開始除濕塔B的烘干流程并切換已經完成烘干流程的除濕塔A開始新一輪的除濕，PLC控制蝶閥2和蝶閥8打開同時關閉蝶閥1和蝶閥7，啟動再生風機F2。

3 試驗設施及除濕管道鋪設

試驗場地準備工作主要分為兩部分，分別為通風管道鋪設工作和溫濕度傳感器布置工作。

試驗溫室為兩跨五開間，占地320m2，栽培架10排，種植番茄，番茄高度2.5m，栽培架中間鋪設有采摘車軌道。通風管道從除濕機的干燥空氣風口引出，通到試驗溫室內部，由于試驗溫室內部有采摘車等設施運行，主管道貼溫室邊墻鋪設，支管道有3排，位于栽培架底部，均勻分布于溫室內部，支管道上遍布開孔，可均勻出風。溫室內部共分布21個溫濕度傳感器，分為上中下3層，左中右3列和前中后3排，只有中間一列上中下3層完全布置，其余點位只布置上下2層，中層沒有。具體通風管道的布置和傳感器點位如圖3所示，試驗現場如圖4所示。

4 試驗結果

如圖5～圖8所示，每個點位測試了10：00—16：00的溫度和濕度，其中A、B、C、G、H、I點位上層和下層布置2層傳感器，D、E、F點位布置上中下3層傳感器。根據點位歸類統計，分別取A、B、C點位（第1列）的上層和下層溫濕度平均值，取D、E、F點位（第2列）的上層、中層和下層溫濕度平均值，取G、H、I點位（第3列）的上層和下層溫濕度平均值進行了比較；分別取A、D、G點位（第1排）的上層和下層溫濕度平均值，取B、E、H點位（第2排）的上層、中層和下層溫濕度平均值，取C、F、I點位（第3排）的上層和下層溫濕度平均值進行了比較。

由圖5～圖8可知，各傳感器監測的濕度均呈下降

趨勢，濕度從85%左右降至60%以下適合作物生長的濕度。除濕過程中對溫室有加溫作用，對比未開除濕的溫室，其溫度上升3～5°C，對于冬天的溫室氣溫低、濕度大的情況使用效果最佳。靠近除濕機的部位，離回風口近，除濕效果尤佳。遠離回風口部位除濕效果稍差。同一點位，下部空氣濕度下降更快，這是因為出風口和進風口居于溫室底部。

5 結束語

（1）功率4000W，主風機風量2000m3/h的除濕機可滿足2000m3溫室的除濕需求，可采用直徑160mm的PVC管道輸送干燥空氣。除濕機選取相變吸附材料為除濕劑，采用A、B兩個除濕塔交替工作，可有效提高除濕效率，對于大面積作物種植溫室，值得推廣應用。

（2）經現場除濕試驗，溫室的濕度均呈下降趨勢，濕度從85%左右降至60%以下適合作物生長的濕度。除濕過程中對溫室有加溫作用，對比未開除濕的溫室，其溫度上升3～5°C，對于冬天的溫室氣溫低、濕度大的情況使用效果最佳。

（3）靠近除濕機的部位，離回風口近，除濕效果尤佳。遠離回風口部位除濕效果稍差。同一點位，下部空氣濕度下降更快，這是因為出風口和進風口居于溫室底部。