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問題提出的背景
地溫問題是溫室大棚發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)，國內(nèi)外都在地溫問題上做過諸多努力。解決的辦法多為造價(jià)高、收益不盡人意，而沒能得到推廣。北方冬天地溫低，作物易發(fā)生凍害；連棟溫室冬天運(yùn)行費(fèi)用高，也是使其得不到很好推廣的重要因素。
我們經(jīng)過研究試驗(yàn)，成功地開發(fā)出“新型循環(huán)儲(chǔ)熱溫室”已獲專利，專利號(hào)：200620078843.4。 就是根據(jù)能量守恒定律、暖通原理并利用相變材料，在溫室內(nèi)的地下埋設(shè)三道或數(shù)道管道，在管道一端設(shè)置風(fēng)機(jī)，適時(shí)開閉風(fēng)機(jī)，棚內(nèi)熱空氣吸入管道并傳導(dǎo)至土壤，土壤便吸儲(chǔ)了熱能，以供夜間或陰冷低溫天氣時(shí)緩慢釋放。其效果非常顯著。在高緯度的北方也可予留備用加熱通道口，以便補(bǔ)充加溫。
循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式
在白晝溫室內(nèi)氣溫高于某設(shè)定值(一般為25--35℃)時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)使棚內(nèi)熱空氣從地中管道流過，把熱量傳導(dǎo)給土壤，在土壤內(nèi)貯熱；在夜間溫室內(nèi)氣溫低時(shí)，地溫高于室溫，土壤內(nèi)儲(chǔ)的熱便緩慢由土壤向室內(nèi)釋放，使溫室溫度升高，平抑了晝夜溫差。夜間室內(nèi)空氣被土壤加溫，管周土壤溫度在放熱開始后，逐步降低，管周土壤溫度低于離管道較遠(yuǎn)處土壤，熱量逐步由遠(yuǎn)處傳來，到次日開始再度貯熱運(yùn)行，管周土壤溫度又回升至16℃左右。
循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行，有效地保證了溫室內(nèi)的溫度條件。由相關(guān)實(shí)驗(yàn)觀測，在夜間室外氣溫-2.8～-4℃時(shí)，室內(nèi)氣溫保持在8.6℃以上，維持了12.6～13.4℃的室內(nèi)外溫差。在循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行加溫的期間，夜間室內(nèi)氣溫均可達(dá)到8℃以上，室外氣溫在0℃以下時(shí)，室內(nèi)外溫差均可維持在11℃以上。北方光照好，蓄熱多，即使室外氣溫更低，由于土壤熱容量大，可蓄儲(chǔ)更多的熱量，仍能保持有足夠的溫度來滿足作物需求。
循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)在空氣調(diào)節(jié)方面
適時(shí)（如清晨）開啟風(fēng)機(jī)將室內(nèi)潮濕空氣導(dǎo)入地中管道，降低相對濕度以減少病害；同時(shí)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)使室內(nèi)冷濕空氣從地中管道流過，土壤加熱氣流，加熱空氣流補(bǔ)充至溫室內(nèi)，達(dá)到快速提高室溫的目的。棚溫上升時(shí)再次開啟風(fēng)機(jī)，又進(jìn)入儲(chǔ)溫運(yùn)行。這種循環(huán)儲(chǔ)熱溫室，具有"兩低一高"即 "低投入、低風(fēng)險(xiǎn)、高效益"的獨(dú)特特點(diǎn)。
循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)暖氣加熱的對比www.91art.com
由唐俊昌、鄒志榮、程志慧主編的《高效設(shè)施園藝生產(chǎn)技術(shù)大全》書中，溫度調(diào)控技術(shù)一節(jié)提到：“研究表明，夜間溫室內(nèi)熱量的來源是地中蓄儲(chǔ)的熱能，這些熱量通過輻射加熱室內(nèi)空氣，并以慣流放熱、縫隙放熱和土壤橫向傳熱三種主要放熱方式消耗掉。慣流放熱是指透過覆蓋材料或圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量這部分消耗熱量最大，約占總耗熱的75%--80%，”這一放熱途徑是傳統(tǒng)溫室加熱方式無法解決的問題。也就是說我們耗用的燃料絕大多數(shù)被浪費(fèi)了，可利用的有效熱量非常少。傳統(tǒng)的加熱方式是加熱了棚內(nèi)的空氣溫度，熱量又是上層空氣溫度高于下層，植物可利用的是相對低溫空氣；而循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱量是由地下傳導(dǎo)到植物根系，再向葉面乃至空間輻射的，絕大多數(shù)的熱量被利用了。在儲(chǔ)熱設(shè)施投入方面每平方米5-6元，在冬季運(yùn)行耗電在1-2度每天畝。
連陰天時(shí)循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效果
這是一個(gè)令人關(guān)注的問題。在陰天，白晝溫室內(nèi)達(dá)不到貯熱所需氣溫條件，不能貯熱。但管周土壤具有一定溫度，夜間仍可放熱。而且，由于地下土壤體積和熱容量較大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和估算，土壤經(jīng)一夜放熱后，其平均溫度僅下降1℃左右，即使連陰數(shù)日，夜間仍可利用循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)加溫，只是效果逐漸變差。此時(shí)可采用輔助加熱方式，也就是利用現(xiàn)有循環(huán)通道，以外來熱源如柴草或燃煤，進(jìn)行補(bǔ)充加溫，需要注意的是，這時(shí)要采用外排煙道。
節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性www.91art.com
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與氣象資料分析，我國北方地區(qū)大約11月和3月上旬共四個(gè)月的寒冷期內(nèi)，靠循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)即可滿足溫室內(nèi)加溫的需要，如采用雙膜保溫效果更好。而循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行僅消耗少量的電能，每畝溫室面積200W左右。按平均每天運(yùn)行10小時(shí)計(jì)，用電量僅2kW.h/d。
基于這些，我們提出改變加熱途徑，利用地下管道加熱來提高地溫的方式，改變了連棟溫室及大棚的加熱方法。主要的熱源取自太陽能。如有必要可設(shè)置備用通道，燃煤等也僅作為輔助，這樣既節(jié)能又環(huán)保。在溫室節(jié)能方面，荷蘭、美國、日本等國均進(jìn)行過利用地中熱交換系統(tǒng)貯能加溫的研究。國內(nèi)從八十年代開始，一些科研單位也相繼進(jìn)行了溫室(塑料大棚)地中熱交換系統(tǒng)的試驗(yàn)，其結(jié)論與我們是一致的，節(jié)能效果顯著，系統(tǒng)的夜間加溫?zé)崃髁靠蛇_(dá)60W/m2左右。循環(huán)儲(chǔ)熱系統(tǒng)用于大型連棟溫室具有顯著的貯熱和放熱效果，一般白晝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)空氣向管道貯熱后，氣溫可降低6～8℃；夜間室內(nèi)空氣通過管道被土壤加溫，氣溫升高達(dá)4～5.5℃。
上述問題的解決，無疑是設(shè)施農(nóng)業(yè)一場革命，已得到行業(yè)人士和部分專家的認(rèn)可，我們還希望能得到國家有關(guān)部門和專業(yè)人士的關(guān)注和重視。
我們也希望在加速發(fā)展我國工廠化高效農(nóng)業(yè)、解決連棟溫室冬季運(yùn)行能耗大、費(fèi)用高及沼氣發(fā)展、新農(nóng)村建設(shè)，節(jié)能、降耗、環(huán)保問題上有所突破。
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