红地球葡萄日光温室壁挂热风炉设计与应用

常俊

摘要：为了提高冬季红地球葡萄日光温室抵御极端低温天气的能力，设计一种壁挂热风炉。以柱状锥顶火炉为热源、热风为媒介，在抽风机驱动下传导热能。应用后启动迅速、升温快，提高了冬季日光温室抵御极端低温天气能力，保证了栽培作物正常生长，且制作简单，安装方便，节省空间，易于推广。

关键词：日光温室；热风炉；低温；设计；应用

中图分类号：TK229     文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2023）01-0034-03

日光温室为人们提供了大量的新鲜蔬菜、果品和其他农副产品，实现了蔬菜、果品等农副产品的反季节生产和周年供应，特别在寒冷的冬季，人们依然能吃上新鲜的蔬菜和果品。但在我国北方地区，日光温室冬季生产面临极端冰雪冻害天气的影响。近年来，受全球气候变化影响，极端冰雪冻害天气出现频率增多、时段异常，给日光温室冬季生产造成一定损失，部分日光温室因冻害减产甚至绝收，影响了果蔬的冬季市场持续、稳定供应和种植户的收益。为了应对冬季极端冰雪冻害天气对日光温室生产的影响，日光温室内应配备一定的加热设施，以防范和抵御极端低温对作物造成冷害或冻害。目前，我国北方地区日光温室加热应用最为普遍的是土炕[1]和暖气[2]，也有利用大功率灯泡[3]加热的报道，但在实际应用中均因体积大、成本高、维护难等问题，很难大面积推广应用。在已有日光温室加热设备基础上，设计一种日光温室壁挂热风炉，经试验应用取得一定效果，为日光温室冬季生产、抵御突发极端低温天气提供了高效加热设备。

1 应用地与材料概述

1.1 应用地概况

应用地位于甘肅省天祝藏族自治县打柴沟镇金强河川区，该地海拔2 450～2 800 m，大陆性高原季风气候，无霜期90～120 d，年日照时数2 600～2 800 h。雨热同季，年降雨量400～600 mm，60%降雨集中在7—9月，年均气温2.8 ℃，4—10月平均气温＞10 ℃，1—3月和11—10月平均气温＜10 ℃，最低气温-18 ℃位于1月份，最高气温35 ℃位于8月份，昼夜温差5～15 ℃。受气温和无霜期影响，传统露地作物一年一熟，收获后耕地长期闲置，利用率低，栽培效益难以提高。近年来通过技术创新，利用冷凉气候资源、充足光照和日光温室栽培设施，推行蔬菜、果品反季节延迟栽培，将西葫芦、草莓、葡萄等产品采收期延迟至元旦、春节上市，栽培效益极高。

但在日光温室生产中，冬季极端低温频发，常造成栽培作物减产或绝收。应用壁挂热风炉有望解决这一问题。壁挂热风炉安装在长60 m，宽7.5 m，脊高3.8 m，空间容积926.28 m3的日光温室内，室内栽植作物为5 a生红地球葡萄，行距2 m，株距1 m，南北行向，“Y”树形。

1.2 材料加工与安装调试

制作日光温室壁挂热风炉的材料主要是钢板、钢管、角铁、螺栓、螺母等。抽风机从市场购买成品组装，加热燃料主要为煤炭、枯枝、落叶等。制作方法主要为焊接、打孔和螺栓螺母固定，主要加工工具为电焊机和台钻。施工人员需具备一定的机械加工技能，能按设计图纸加工、安装、调试和应用。

1.3 应用性能评价

对日光温室壁挂热风炉进行最大升温速率（℃/h）测定，以日光温室内栽植作物5 a生红地球葡萄为指示植物，对其生长状况和空间利用情况进行直观评价。

2 日光温室壁挂热风炉的设计和应用

1） 结构说明：日光温室壁挂热风炉如图1至图6所示。日光温室壁挂热风炉由火炉、T形散热管Ⅰ、阀门、T形散热管Ⅱ、I形散热管、U形散热管、电动机和抽风机组装而成。火炉基部圆柱形，顶部圆锥体形，侧壁设有圆形进料口和出灰口，内部横截面设有网状隔板。火炉通过制模铸造而成，内壁附耐火泥土层。T形散热管、T形散热管Ⅱ均为横截面圆形钢管焊接而成，I形散热管为横截面圆形钢管剪截而成，U形散热管为横截面圆形钢管折弯而成。T形散热管Ⅰ、T形散热管Ⅱ、I形散热管、U形散热管顶端均焊接法兰，用于相互连接。

2） 安装说明：安装日光温室壁挂热风炉时，先将火炉运入日光温室缓冲房内，在日光温室缓冲房屋顶打洞，依次将火炉顶端、T形散热管Ⅰ垂直端、阀门、T形散热管Ⅱ垂直端、抽风机和电动机沿火炉顶部垂直方向连接。然后，在日光温室缓冲房侧墙上打2个上下平行的洞，将两根I形散热管的一端分别从室内2个孔洞穿入缓冲间内，与T形散热管Ⅰ和T形散热管Ⅱ水平端对接，I形散热管另一端根据日光温室长度与多个I形散热管依次连接，最终在日光温室后墙上形成平行的I形散热管组合体。平行的I形散热管末端用U形散热管连接，最终完成日光温室壁挂热风炉的安装。

安装过程中壁挂热风炉各构件之间通过法兰对接和螺栓固定，T形散热管Ⅰ、T形散热管Ⅱ、I形散热管、U形散热管通过角铁焊接的L形支撑架，用膨胀螺丝固定在日光温室和缓冲房墙面上。电动机用膨胀螺丝固定在日光温室缓冲房混凝土屋顶。为了增加各构件的密封性，在安装过程中法兰之间需加装石棉衬垫。

3） 应用说明：在日光温室壁挂热风炉应用前，先在火炉内填充煤炭、枯枝、落叶等燃料，打开阀门，引燃后再打开抽风机。待燃料旺盛燃烧后，关闭阀门，热风通过水平I形散热管进入日光温室内实施加热。日光温室壁挂热风炉在加热预备期或作为日光温室缓冲房取暖用途时，可作为普通火炉使用，即打开阀门，关闭抽风机，热风（火烟）不经日光温室内I形散热管流动而直接从垂直T形散热管Ⅰ和T形散热管Ⅱ排出。

3 日光温室壁挂热风炉加工制造参数和性能指标

日光温室壁挂热风炉各构件的设计和加工制造参数遵循安装方便、操作简单、节省材料的原则。其加工制造参数见表1，性能指标见表2。

由表1所示，火炉设计高度90 cm，其中圆柱体高50 cm、圆锥体高40 cm、直径60 cm，其作用是便于添加燃料，添加燃料时不弯腰，省力、省工、省时。I形散热管长5 m，直径20 cm，其作用是根据日光温室长度自由组装，用以满足不同日光温室的需要。抽风机叶轮直径60 cm，电动机设计功率3 kW，其作用是便于快速升温。火炉出灰口宽40 cm、高30 cm，火炉进料口直径30 cm，其作用是便于出灰和进料，还可增加燃烧供氧量。

由表2所示，应用日光温室壁挂热风炉加热，待炉体内煤炭旺盛燃烧时，最大升温速率可达5 ℃/h，能在短期内提高温度，提高了抵御极端低温的时效性。利用栽植作物5 a生红地球葡萄作为指示植物，生长状况为正常生长，空间利用率高。

4 结语

在日光温室内采取砌土炕或架设暖气片等传统方法进行加热时，均利用热辐射和热水循环原理来实现热能传导，并在日光温室冬季生产中发挥着积极作用。但也存在诸多不足，比如土炕占用空间大，密封性差，易泄露有害气体。暖气加热时需连续运转，否则管道内易结冰，造成管道和散热片冻裂，且管道和散热片强度要求高，建设和维护成本也高。采用大功率灯泡加热的方法不仅耗费大量电能，对供电线路要求高，而且保险装置易跳闸，存在火灾隐患。在农业生产实践中，日光温室暖气加热装置一般以水为媒介，升温慢，维护成本高，难以满足作物对热能的需求。本研究设计的日光温室壁挂热风炉制作简单、节省空间、安装方便、易于推广，它以热风为热能载体，可大大提高热能传输速率和加热效率，缩短热能传输媒介预热时间，升温速率最高可达5 ℃/h。日光溫室壁挂热风炉克服了暖气加热装置的弊端，既可作为常规加热设备，也可用作突发极端冰雪冻害天气的应急设备。

参考文献

[1] 白志杰.土炕催根小拱棚培育酿酒葡萄苗技术[J].林业科技通讯，1998（9）：36.

[2] 艾则麦提·图尔洪，刘娜，赵晨阳.日光温室网状集散热水循环系统应用效果试验研究[J].农机化研究，2022，44（3）：165-170.

[3] 刘金郎.日光温室沼气灯加热和LED灯补光试验研究[J].农业科技与信息，2020（22）：67-68.

Design and Application of Wall-mounted Hot Air Furnace in Greenhouse Planted Red Globe Grape

CHANG Jun

（Xiama Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center， Tianzhu Gansu 733205， China）

Abstract：  In order to improve the ability of the red earth grape solar greenhouse to resist extreme low temperature weather in winter， a wall-mounted hot air furnace is designed， with the cylindrical cone top furnace as the heat source and hot air as the medium to conduct heat energy under the drive of the exhaust fan. After the application， the plant starts quickly and warms up quickly， which improves the ability of the solar greenhouse to resist the extreme low temperature weather in winter， and ensures the normal growth of cultivated crops， and is simple to make， easy to install， save space and easy to promote.

Key words： solar; greenhouse; hot air furnace; low temperature; design; apply