關(guān)于溫室大棚除濕降溫系統(tǒng)的影響因子淺析

陳傳艷

（湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430070）

1 引言

在中國南方高溫高濕地區(qū)，夏季溫室的降溫問題一直是困擾現(xiàn)代大型溫室在該地區(qū)發(fā)展與應(yīng)用的技術(shù)難題，許多大型溫室在7～9月的高溫季節(jié)處于“停產(chǎn)”狀態(tài)，嚴(yán)重影響了溫室的利用效率。雖然利用濕墊－風(fēng)機降溫系統(tǒng)在中國北方高溫低濕地區(qū)有較好的降溫效果，然而該系統(tǒng)在中國南方的高溫高濕地區(qū)的應(yīng)用效果并不理想。為提高現(xiàn)行濕墊－風(fēng)機降溫系統(tǒng)對濕熱氣候條件的適應(yīng)性，解決濕熱地區(qū)夏季溫室降溫問題，本課題組提出了溫室液體除濕降溫系統(tǒng)，并針對建于武漢地區(qū)的塑料溫室設(shè)計了一套除濕降溫系統(tǒng)[1～11]。參考國內(nèi)外文獻和本課題組實測結(jié)果[12～20]，在濕熱氣候條件下濕墊－風(fēng)機系統(tǒng)的最大降溫幅度為4～5℃，液體除濕降溫系統(tǒng)最大降溫幅度為7～8℃，相對濕墊－風(fēng)機系統(tǒng)降溫幅度提高了3℃左右，能夠滿足濕熱地區(qū)夏季溫室作物生長的要求。由于中國目前針對高溫高濕地區(qū)夏季溫室除濕降溫系統(tǒng)的研究相對較少，因此研究液體除濕降溫系統(tǒng)中各主要因素對溫室降溫效果的影響，對優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)有理論意義和現(xiàn)實意義。

2 試驗裝置

除濕降溫系統(tǒng)主要由濕墊、軸流風(fēng)機、除濕室（噴淋室）、除濕劑再生子系統(tǒng)等組成。如圖1所示。

其工作過程是：風(fēng)機1工作形成溫室2內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，高溫高濕的空氣由進風(fēng)口進入除濕室4，空氣在除濕室上升過程中與由多個噴頭噴出的除濕劑（選用CaCl2溶液）逆向流動并進行熱質(zhì)交換，由于除濕劑溶液表面的飽和水蒸汽分壓力低于空氣中的水蒸汽分壓力，液體除濕劑吸收了空氣中的水蒸氣，使空氣的濕度降低，較低相對濕度的空氣在風(fēng)機的作用下通過濕墊蒸發(fā)冷卻，被冷卻的空氣進入溫室達到降溫的目的。

圖1 溫室除濕降溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖

除濕室中噴出的除濕劑因吸收空氣中的水分而被逐漸稀釋，稀釋后的溶液進入儲液池后由泵10抽至待再生儲液池7，再經(jīng)閥8進入太陽能集熱器9，除濕劑在太陽能集熱器中再生，從而使除濕劑溶液的濃度升高，再由泵10抽入儲液池7，當(dāng)除濕劑的濃度達到使用要求后，由微型泵抽至儲液池中用于噴淋，依此循環(huán)。

試驗于2010年7月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院試驗溫室進行。該溫室長27m，9開間（每開間長4m），雙跨（單跨寬7.5m），頂高4.9m，檐高3.2m，溫室兩側(cè)墻面上安裝了2組5.4m Celdek（賽代克）濕墊和2臺9FJ1250型軸流風(fēng)機。試驗在9開間、雙跨溫室中進行，試驗中除濕降溫系統(tǒng)的風(fēng)量風(fēng)速、溶液流量等可借助風(fēng)機和泵來調(diào)節(jié)。

3 正交試驗

系統(tǒng)降溫效果與空氣經(jīng)噴淋除濕后（亦即進入濕墊前）的相對濕度密切相關(guān)，從噴淋室出來的空氣相對濕度越低，濕墊－風(fēng)機系統(tǒng)的降溫幅度則越大，為此，選定噴淋室出口空氣的相對濕度為試驗指標(biāo)來考察各主要因素對降溫效果的影響。據(jù)張繼元[1]的分析，影響CaCl2溶液噴淋除濕效果的主要因素有進口空氣的流量、溶液的流量、溶液的濃度和溫度、進口空氣的溫度和濕度等6個因素。在進行了單因素試驗后，選取了多因素試驗的參數(shù)取值范圍。利用正交表L16（215）安排試驗，試驗結(jié)果見表1（標(biāo)中的“空列”是根據(jù)現(xiàn)有正交表L16（215）的表頭設(shè)計產(chǎn)生），方差分析見表2。

在表1、表2中，A表示進口空氣流量，B表示進口空氣溫度，C表示進口空氣相對濕度，D表示溶液溫度，E表示溶液質(zhì)量濃度，F(xiàn)表示溶液流量，F(xiàn)×A，B×C，B×E，D×C，D×E表示因素的交互作用。

表1 多因素正交試驗結(jié)果

K1表示因素1水平之和，K2表示因素2水平之和，R表示極差，Sj＝R/16；A表示進口空氣流量，B表示進口空氣溫度，C表示進口空氣相對濕度，D表示溶液溫度，E表示溶液質(zhì)量濃度，F(xiàn)表示溶液流量，F(xiàn)×A，B×C，B×E，D×C，D×E表示因素的交互作用，下同。

表2 方差分析

由表2可知，各因素對試驗指標(biāo)的影響顯著程度依次是：進口空氣相對濕度C，進口空氣溫度與進口空氣相對濕度的交互作用（B×C）、進口空氣溫度與溶液質(zhì)量濃度的交互作用（B×E）、溶液溫度D，以及進口空氣溫度B和溶液質(zhì)量濃度E。溶液的流量和進口空氣的流量對出口空氣相對濕度的影響不顯著。

最優(yōu)方案是：A1B2C2D1E2F2，即系統(tǒng)運行最佳條件是：溶液溫度和進口空氣流量選低水平，其余因素選高水平，在最優(yōu)方案下，可降低進口空氣相對濕度幅度為20%～30%，使出口空氣的相對濕度達到50%左右。在后期針對最佳方案與其它方案的比對試驗中，檢驗得出最佳方案條件下對空氣除濕的效果最佳。通過已設(shè)計的除濕降溫系統(tǒng)進行顯著性多水平試驗，在最優(yōu)水平的條件下，本系統(tǒng)可獲得較理想的降溫幅度（7～9℃）。

4 CaCl2溶液噴淋除濕數(shù)學(xué)模型的建立與驗證

4.1 模型的建立

為了定量地分析出口空氣的相對濕度與各主要因素之間的關(guān)系，安排了線性回歸試驗。由于溶液的流量和進口空氣的流量對出口空氣相對濕度的影響不顯著，且溶液的流量取高水平較好，進口空氣的流量取低水平較好，進行多元線性回歸試驗時，溶液的流量定為3.478×10－4m3/s，進口空氣的流量定為1.764m3/s，即氣液流量比應(yīng)為5058∶1。線性回歸主要考察進口空氣的溫度及相對濕度、溶液的溫度及濃度與試驗指標(biāo)的關(guān)系。由試驗結(jié)果，可得出回歸方程：

經(jīng)顯著性檢驗，得知上述回歸方程顯著。

所以，所求的回歸方程是：

式中，Y為出口空氣相對濕度，%。

4.2 模型的驗證

為檢驗數(shù)學(xué)模型的有效性，課題組做了1組試驗。檢驗試驗的條件是溶液流量為3.478×10－4m3/s，進口空氣的流量為1.764m3/s。檢驗結(jié)果表明：出口空氣相對濕度的實測值與用數(shù)學(xué)模型的計算值之間差別甚小，最大誤差小于5%，表明所建立的模型比較理想。

5 結(jié)論與討論

（1）本溫室除濕降溫系統(tǒng)對出口空氣相對濕度影響顯著的因子依次是進口空氣的相對濕度、進口空氣的溫度、溶液的溫度和溶液的濃度。為取得理想的除濕降溫效果，降低運行費用，減少霧沫夾帶，溶液的流量應(yīng)較大，而進口空氣的流量應(yīng)較小，最佳的氣液流量比應(yīng)為5058∶1。

（2）建立了當(dāng)溶液的流量為3.478×10－4m3/s，進口空氣的流量為1.764m3/s時，本除濕降溫系統(tǒng)中進口空氣的溫度、進口空氣的相對濕度、溶液的溫度和溶液的濃度等4因子與出口空氣相對濕度之間關(guān)系的模型。經(jīng)試驗驗證，該模型的最大相對誤差＜5%，模型是可靠的。利用該模型可對系統(tǒng)的降溫效果進行預(yù)測。

本文提出的溫室液體除濕降溫系統(tǒng)是對現(xiàn)有溫室濕墊－風(fēng)機降溫系統(tǒng)的改進，即在濕墊－風(fēng)機降溫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了除濕室和除濕劑再生子系統(tǒng)。除濕室的構(gòu)建與濕墊相結(jié)合，除濕劑選用價格較低的工業(yè)氯化鈣水溶液，并可利用太陽能對其進行再生。該系統(tǒng)具有一次性投入少、運行費用低、降溫幅度大，可滿足中國南方高溫高濕地區(qū)的溫室夏季降溫的要求，具有較好的經(jīng)濟性和較廣泛的應(yīng)用前景。

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