两种日光温室高效加温设备的对比试验

2018-08-17高海明

新疆农机化 2018年3期

高海明

（新疆乌鲁木齐县农业机械化技术推广站，新疆乌鲁木齐 830054）

1 前言

目前乌鲁木齐县冬季日光温室生产主要的加温方式仍然是简易燃煤炉，俗称土炉子，它是采用土砌炉通过砖砌烟道火墙散热来给温室加温，如图1。标准温室一般至少安装4个土炉子，如果种植果类蔬菜需要安装7个。晚上12时加煤后，凌晨3～4时还需要加一次煤，每次加煤量约20kg左右。这种方式热效率低，耗煤量大，夜间操作频繁，温室升温效果不好，在冬季寒冷时节，只能种植适宜较低温度蔬菜品种。为提高日光温室的温度，实现夜间无人值守，增加冬季寒冷时节蔬菜种植品种，经过市场考察，结合乌鲁木齐县冬季温室气候条件，2015年9月引进了两种新型高效加温设备：自动变频控温超导热管燃煤型热风炉和数控燃煤型反烧多回程水暖锅炉加温设备，分别在乌鲁木齐县水西沟镇东湾村两座生产草莓的日光温室进行了试验。

图1 简易燃煤炉（俗称土炉子）在日光温室中的使用

2 自动变频控温超导热管燃煤热风炉结构及特点

自动变频控温超导热管燃煤热风炉是由新疆瑞龙农牧机械设备制造有限公司生产的，型号为RF-3型。其设计输出热量为16万kCal/h（图2）。该热风炉加温设备主要由燃烧室、热管换热器、超导介质蒸发冷凝循环系统、烟气余热回收装置、排烟风机、热风离心风机、输送风道、自动控制柜组成。其主要特点是：（1）通过全封闭真空管内的热活性好、热敏性高的超强导热介质进行热量交换。一般超导介质的最低工作温度为40～50℃，该加温设备超导介质在25～30℃即开始吸热由液态变成气态，大幅提高了热交换效率；（2）通过温度传感器连接变频器控制排烟风机转速来实现自动控温。排烟风机的转速快慢或启停可以控制燃料燃烧时供氧量的多少，从而控制燃料燃烧的速度，进而控制燃烧释放热量的速度；（3）通过烟气热量回收装置，最大限度提高了热效率。在热量交换系统内设有烟气换热管，通过烟气换热管将烟气余热回收利用。

图2 RF-3型超导热风炉

图3 CLHB-3温室水暖锅炉加温设备

3 数控燃煤型反烧多回程水暖锅炉加温设备结构及特点

水暖锅炉加温设备由乌鲁木齐市牧丰伟业农业机械制造有限公司生产，型号为CLHB-3，设计输出热量为15万kCal/h（图3）。该水暖锅炉加温设备主要由水暖反烧锅炉主机、引烟风机、热水循环泵、圆翼型散热器、铝制翅片式散热器、自动控制箱组成。其主要特点是：（1）水暖反烧锅炉主机采用单层炉排倒风反烧方式。燃烧室由主燃烧室和辅助燃烧室组成，燃煤置于主燃烧室炉排上部，在主燃烧室内完成预热、干馏以及氧化还原等过程，产生的可燃气体进入副燃烧室，煤气向炉排下移动，此时加上二次补风再次燃烧，在炉膛内形成翻腾式火团，充分实现反烧原理；（2）散热系统采用镀锌圆翼型铸铁管散热器和铝制翅片式暖风机双重结合的方式（图4），温室拱棚前安装镀锌圆翼型铸铁管进行散热，温室后墙安装若干组铝制翅片式暖风机进行散热，有效提高了散热效率。

图4 数控水暖锅炉加温设备散热系统

4 试验分析

4.1 试验的基本条件

两种温室加温设备自2015年入冬以来分别在乌鲁木齐县水西沟镇东湾村建造结构相同的两座日光温室进行了试验示范，进行试验示范的日光温室为前后相邻，长度均为90 m，宽度均为11 m，保温被材质相同。将使用RF-3型燃煤超导热风炉的温室编为1号温室，使用CLHB-3温室燃煤型水暖锅炉智能加温设备的温室编为2号温室。

4.2 温度采集起止日期的确定

乌鲁木齐县日光温室供暖时间一般是从当年11月中旬到次年3月中旬，供暖期大约是120天左右。为了更好地观察增温效果，选择室外气温较低的若干天进行数据采集。分别选2016年1月21日20时～2016年1月24日10时和2017年1月8日20时～2017年1月11日时这两个时间段。为了便于比对，选择的两个起止日期间隔均为3天。其室外温度变化曲线分别如图 5、图 6。

图5 2016年1月21日20时～24日10时室外温度变化曲线

图6 2017年1月8日20时～11日10时室外温度变化曲线

4.3 温度采集时间段的确定

正常晴天情况下，根据日落日出时间变化，乌鲁木齐县使用高效加温设备的日光温室一般在10：40～11：10卷起保温被，根据温室内气温实际变化情况在14时左右进行通风，在 17：30～18：00 放下温室保温被，次日 0：00～1：00 加煤一次，加煤量大约 120～160 kg，之后不再加煤，直到次日10：40～11：10卷起保温被后由太阳光照射给温室进行增温。白天只要有阳光，只需加少量燃煤，维持燃烧室火不熄灭即可。温室温度以一天24小时为一个变化周期，其温度变化的曲线如图7，图7是2号温室在2016年1月21日9点～1月22日12时的温度变化曲线。其中从A点到F点是一个温度变化周期，曲线上A点为开始卷起保温被时刻，B点为开始通风时刻，C点为停止通风时刻，D点为开始放下保温被时刻，E点为加燃煤时刻，F点为次日开始卷帘时刻。日光温室供暖主要在夜间时段，即从日太阳落下时放下温室保温被后到次日早上太阳升起时卷起温室保温被这个时间段。为了减少外部因素的干扰，保证采集试验数据的准确度，温度采集的开始时间的统一确定为当日20点，温度采集的结束时间统一确定为次日10点，即当时20时至次日10日为一个温度采集分析周期。

图7 2号温室2016年1月21日9时～1月22日12时的温度变化曲线

4.4 数据采集和处理

为了便于对照，在有效数据采集期间，1号和2号温室夜间加煤时间统一定为0时，每次加煤量统一定为150kg。1号和2号温室保温被卷放时间相同。用温度记录仪对1号和2号温室室内外温度进行了每间隔5分钟的连续记录。根据记录的温度数据，绘制1、2号温室温度每个记录周期内的温度变化曲线，1号温室在6天的温度记录周期内的温度变化趋势基本相同，如图8。同样2号温室在6天温度记录周期内的温度变化趋势也基本相同，如图9。对记录的数据进行处理后，制成室内外最高最低平均温度对照表（表1）。根据表1的数据，分别绘制了1号温室和2温室在6天内的最高温室、最低温度和平均温度变化的6条曲线（图10）。

图8 1号温室20:00～次日10:00温度变化曲线

4.5 数据分析

（1）从图8可以看出1号温室的温度变化曲线呈现锯齿状，2号温室温度变化曲线是平滑曲线，说明1号温室温度在总体大趋势温度变化的基础上，温度还呈窄幅度高频率波动，原因是热风离心风机间歇性启停工作所致。

图9 2号温室20:00～次日10:00温度变化曲线

（2）对比图8、图9，可以看出1号温室最高温度比2号温室最高温度要提前2小时左右出现，1号温室最高温度一般出现在1：30～2：00之间，2号温室最高温度一般出现在3：30～4：00之间。这说明RF-3型燃煤超导热风炉燃煤燃烧速度快，热量在短时间通过热风大量释放，温室升温迅速。CLHB-3型水暖锅炉加温设备通过水暖散热系统的热辐射交换热量，温室升温较慢。

表1 室内外最高最低平均温度对照表

（3）从表1和图10，可以看出虽然1号温室最高温度比2号温室高，但是1号温室最低温度和平均温度都比2号温室平均温度低。这说明RF-3型燃煤超导热风炉燃煤温室虽然升温迅速，但是CLHB-3型燃煤水暖锅炉智能加温设备采用反烧设计，燃烧充分，热效率高，所以2温室平均温度比1号温室要高；CLHB-3型燃煤水暖锅炉智能加温设备通过热水传热，热水蓄热性好，即便锅炉内的煤燃尽后仍然能给温室内持续提供热量，所以2号温室的最低温度比1号温室要高2℃左右。