太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)的研究以淮安地區(qū)為例

董慶 張金峰

摘 要：作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，我國始終致力于農(nóng)業(yè)作物的栽種技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用工作。太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)自誕生之后，得到了極大的關(guān)注與重視，并被廣泛運(yùn)用。如何結(jié)合淮安地區(qū)的溫室與土壤情況特征，科學(xué)應(yīng)用太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)變得異常重要，有利于使作物產(chǎn)量獲得增多。本文通過說明淮安地區(qū)天氣與日光溫室特點(diǎn)情況，分析了太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)在淮安地區(qū)的具體應(yīng)用狀況。此次研究以分析太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)在淮安地區(qū)的有關(guān)應(yīng)用為目的，進(jìn)而凸顯出太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)在淮安地區(qū)的應(yīng)用作用。

關(guān)鍵詞：太陽能;溫室;土壤加熱系統(tǒng);淮安地區(qū)

0 前言

長期以來，基于實(shí)現(xiàn)作物的反季節(jié)栽種的目的，溫室大棚的構(gòu)建解決了該問題，使作物的產(chǎn)量得以不斷增多。通過改變相關(guān)室內(nèi)溫度與濕度等參數(shù)的方式，以達(dá)到作物生長的需要。然而淮安地區(qū)存在著溫室日照較少、冬季晝夜溫差大等氣候特點(diǎn)，對(duì)作物生長產(chǎn)生不利的影響，產(chǎn)生凍傷等危害。為了改善此種情況，急需研發(fā)并應(yīng)用一種與該區(qū)域相適應(yīng)的太陽能土壤加熱系統(tǒng)，使經(jīng)濟(jì)成本得到控制，并發(fā)揮出環(huán)保的效果?；诖耍到y(tǒng)探討和分析太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)顯得十分關(guān)鍵，具有重要的研究意義與實(shí)踐價(jià)值。

1 淮安地區(qū)天氣與日光溫室說明

眾所周知，溫室的性能與該區(qū)域的氣候特征密切關(guān)聯(lián)?；窗彩械靥幗K省的北邊，總體的地勢(shì)比較平坦，僅西南的盱眙縣地勢(shì)很高，存在丘陵地貌?；窗矊儆谶^渡帶，兼具了南、北方的氣候特點(diǎn)。通常來說，經(jīng)過季風(fēng)氣候的作用，該地區(qū)四季鮮明，存在雨量集中的特點(diǎn)，擁有良好的光照，熱量較多?；窗驳貐^(qū)整個(gè)一年的太陽輻射量共計(jì)是4.50×106kJ/m2?4.97×106kJ/m2，相應(yīng)的年平均日光照射量與年日照的時(shí)數(shù)依次是13067kJ/m2、2135h?2412h，表現(xiàn)出南少北多的情況[1]。具體的年平均氣溫處于14.2°C?14.9°C范圍內(nèi)。由于遭遇洪澤湖水體的作用影響，使該地區(qū)的七月份氣溫是一年中最高的，而一月則是最低的。由此可見，冬季溫室的溫度受到的影響因素包含下述幾個(gè)方面：第一，冬天最低的氣溫已經(jīng)小于-10°C，導(dǎo)致很多植物被凍傷。第二，此地區(qū)的晝夜溫差很大。第三，冬天較低溫度的持續(xù)時(shí)間過長，通常從每一年的年底持續(xù)至第二年的4月份。對(duì)于日光溫室而言，擁有眾多種類與構(gòu)造。最常見的為傾斜溫室，存在下述特征：（1）依靠采光屋頂?shù)膬?yōu)勢(shì)獲得充足的光照;（2）保溫與蓄熱水平高，可降低處于封閉條件下散熱與溫室效應(yīng)的發(fā)生率;（3）溫室擁有極強(qiáng)的抗風(fēng)雪構(gòu)造且骨架耐用度高;（4）能及時(shí)調(diào)整環(huán)境的通風(fēng)與濕度情況;（5）總體構(gòu)造便于植物的成長與人為操控，并使相應(yīng)的占地面積縮小;（6）實(shí)際作業(yè)時(shí)能結(jié)合相應(yīng)狀況進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，達(dá)到使經(jīng)濟(jì)成本下降的目的[2]。

2 太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)在淮安地區(qū)的應(yīng)用分析

2.1 有關(guān)集熱器裝置與輔助熱源的合理應(yīng)用

針對(duì)目前太陽能熱水應(yīng)用項(xiàng)目中顯現(xiàn)出的最佳傾斜情況，可通過科學(xué)選用正與調(diào)整最佳傾角的方式，使收集器裝置的相應(yīng)面積縮小，讓經(jīng)濟(jì)成本下降，發(fā)揮系統(tǒng)的應(yīng)有作用。對(duì)于集熱器裝置而言，以固定裝設(shè)方式為主。依靠對(duì)裝設(shè)角度的固定處理，讓集熱器裝置能吸收更多的太陽能，進(jìn)而明確最優(yōu)集熱傾角。太陽能集熱器裝置涵蓋諸多的類型，包括平板式、熱管式真空以及全玻璃真空管等類型的集熱器裝置。為了滿足淮安地區(qū)溫室栽種的需求，選用集熱器裝置時(shí)應(yīng)將經(jīng)濟(jì)利潤與利用年限當(dāng)作主要的參考因素。經(jīng)分析后，確定選用平板式集熱器裝置，有效發(fā)揮出其較長的運(yùn)用年限、安全可靠以及集熱強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)作用。選擇集熱器裝置的位置時(shí)，一方面，應(yīng)規(guī)避遮擋溫室的朝陽面和其他的遮陽物體形成遮擋的情況;另一方面，應(yīng)留置充足的空間裝設(shè)一定面積的集熱板裝置。結(jié)合淮安地區(qū)的溫室來說，最佳的位置是后墻和朝陽面相連的屋頂。

此研究中將智能型電加熱器裝置當(dāng)作主要的輔助熱源。處于白天的日光照射下，太陽能土壤加熱系統(tǒng)能達(dá)到其要求的情況下，可利用集熱系統(tǒng)智能化管控集熱閥裝置對(duì)太陽能予以吸收，直至水箱內(nèi)的溫度維系大約51°C。處于太陽光照不夠無法達(dá)到相應(yīng)要求的情況下，也可運(yùn)用集熱系統(tǒng)智能管控加熱器裝置進(jìn)行加熱處理，使水箱的溫度大概為51°C。

2.2 儲(chǔ)熱蓄熱裝置的應(yīng)用

2.2.1 確保熱能儲(chǔ)存技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用

筆者經(jīng)過查閱相關(guān)資料后獲知，熱能儲(chǔ)存涵蓋了三種形式，分別為顯熱、潛熱以及熱化學(xué)能儲(chǔ)存類型。根據(jù)淮安地區(qū)的氣候與土壤溫度的特點(diǎn)，一方面，應(yīng)該考慮儲(chǔ)能的方式與密度的因素，另一方面，儲(chǔ)能的溫度和周期以及技術(shù)實(shí)用性等因素也不容忽視。經(jīng)過綜合分析后，顯熱儲(chǔ)存最適合淮安地區(qū)，既能發(fā)揮出高性價(jià)比、可靠性與易得性等方面的作用，又使太陽能利用率得以提升。

2.2.2 溫室和儲(chǔ)水箱相應(yīng)散熱損失說明

基于使儲(chǔ)水箱散熱損失降低的目的，可裝設(shè)到溫室中。選用早晨7點(diǎn)至下午3點(diǎn)的太陽輻射當(dāng)作相應(yīng)的吸收時(shí)間，下午3點(diǎn)至次日上午7點(diǎn)當(dāng)作相應(yīng)熱量供應(yīng)的時(shí)間，具體是15h。當(dāng)有關(guān)儲(chǔ)水箱的室溫下降到10°C的情況，并需進(jìn)行開溫室補(bǔ)熱處理，不過下午3點(diǎn)時(shí)的室溫很高。通過對(duì)空氣從16°C降低到10°C后釋放熱量的計(jì)算，得到6650kJ，而熱負(fù)荷8.5kW的有關(guān)溫室需要15min的時(shí)間，因此儲(chǔ)水箱散熱的時(shí)間為15h，經(jīng)計(jì)算后，儲(chǔ)水箱夜晚間朝溫室進(jìn)行補(bǔ)充的熱量是Qb=4.94×105kJ。

3 總結(jié)

從此次論文的闡述與分析當(dāng)中可以獲知，系統(tǒng)探討和分析太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)顯得十分關(guān)鍵，具有重要的研究意義與實(shí)踐價(jià)值。本文通過說明淮安地區(qū)天氣與日光溫室特點(diǎn)情況，分析了太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)在淮安地區(qū)的具體應(yīng)用狀況：有關(guān)集熱器裝置與輔助熱源的合理應(yīng)用、儲(chǔ)熱蓄熱裝置的應(yīng)用、供暖末端部分的運(yùn)用。希望此次研究的內(nèi)容與結(jié)果，可以獲得相關(guān)工作人員的關(guān)注和重視，并且從中得到相應(yīng)的啟示與幫助，進(jìn)一步推進(jìn)太陽能溫室土壤加熱系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)程，凸顯出其良好的運(yùn)用成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴唱，曲世琳，曾璐瑤.太陽能及土壤源耦合融雪化冰系統(tǒng)特性研究[J].節(jié)能，2016，35（24）：151-156.

[2]彭煒峰，李光林.智能分區(qū)農(nóng)業(yè)滴灌系統(tǒng)的研究——以丘陵山地為例[J].農(nóng)機(jī)化研究，2018，30（11）：162-168.