溫室農(nóng)業(yè)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與通風(fēng)管理措施

□文/趙二慶

設(shè)施農(nóng)業(yè)不僅是當(dāng)下現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的具體體現(xiàn)，也反映了一個國家在農(nóng)業(yè)方面的發(fā)展水平，同時也是農(nóng)業(yè)可以高效、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)出的必然要求［1］。而溫室農(nóng)業(yè)作為最重要部分也已備受人們的關(guān)注［2］。目前，隨著世界人口的快速增長和耕地面積的逐步減少，溫室農(nóng)業(yè)在很大程度上解決了土地的利用率和作物種植密度，這樣不僅加大了作物的區(qū)域適應(yīng)性，同時也使得耕地面積縮減、人口增長之間的矛盾得到有效緩解［3］。隨著我國國民經(jīng)濟和科技水平的快速發(fā)展，我國的農(nóng)業(yè)也逐漸朝著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)方面發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)的面積也得到了快速增長［4］。

溫室作為半封閉系統(tǒng)，它在調(diào)整溫度和濕度上有著很大不足，但溫室的氣候環(huán)境卻直接決定著作物的生長情況，尤其在夏季溫室中作物的生長發(fā)育直接受溫室自身產(chǎn)生的“溫室效應(yīng)”所影響。此外，農(nóng)作物所產(chǎn)出的大量水蒸氣會直接增加溫室濕度，而濕度過重的話就不但會影響到農(nóng)作物的生長發(fā)育，還很容易使作物出現(xiàn)各種問題，如真菌病、葉片壞死、作物缺鉀等問題。因此，溫室內(nèi)對濕度的要求應(yīng)該控制在作物適合生長的范圍內(nèi)。當(dāng)前，國內(nèi)外科研人員已經(jīng)對溫室中的降溫除濕系統(tǒng)做了大量研究，并獲得很好的研究成果?；诖耍岢隽艘环N新的溫室降溫除濕系統(tǒng)，這種系統(tǒng)也就是改進(jìn)后的單效溴化鋰吸收式系統(tǒng)，通過把溫室內(nèi)環(huán)境當(dāng)作系統(tǒng)的蒸發(fā)器，而吸收器可以吸收溫室水蒸氣，溶液通過熱交換器轉(zhuǎn)換后傳送到發(fā)生器?？梢?，該系統(tǒng)整體就是一個生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，首先由農(nóng)作物蒸騰消耗掉一定水分，然后再返回至溫室中灌溉作物，這樣看來，該系統(tǒng)既符合了溫室在夏季時所要求的溫濕度，也能滿足冬季對溫濕度的要求。

一、用于溫室農(nóng)業(yè)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

（一）溫室空調(diào)系統(tǒng)工作原理

為了能更符合溫室環(huán)境需求，可以將該系統(tǒng)的溫室環(huán)境當(dāng)作蒸發(fā)器系統(tǒng)，而吸收器系統(tǒng)中的濃縮溶液通過直接吸收溫室氣體中的水分，并在吸收器系統(tǒng)中完成熱交換以實現(xiàn)所需的溫度。發(fā)生器在冬季時會處于低壓狀態(tài)，這時泵會將發(fā)生器內(nèi)的高濃度溶液傳送至吸收器；而吸收器在夏季時會處于低壓狀態(tài)，這就要求在吸收器的出口位置安裝泵，那么發(fā)生器中的蒸汽經(jīng)過注入的冷水會變冷卻，再返回到溫室中用于灌溉農(nóng)作物。（如圖1所示）

圖1 溫室空調(diào)系統(tǒng)原理

在冬季時，截止閥1 和3、泵1 等設(shè)備會關(guān)閉。此時，吸收器中的濃溶液會從發(fā)生器傳送過來，吸收水蒸氣后變成稀溶液。在這個過程中所釋放的熱量可以為溫室提供熱量。稀溶液經(jīng)過與發(fā)生器中流入到熱交換器內(nèi)的濃溶液進(jìn)行熱量交換后，溫度會直接降低然后再流入發(fā)生器中。這時，稀溶液在吸收過熱源熱量后會發(fā)生某種變化，然后出現(xiàn)大量水蒸氣，并使得稀溶液通過某種方式轉(zhuǎn)為濃溶液。濃溶液在經(jīng)過熱交換器由泵2 直接傳輸?shù)轿掌鳎魵鈩t直接會被傳輸至冷凝器中冷卻后由泵3傳輸?shù)綔厥抑袑r(nóng)作物進(jìn)行灌溉。

在夏季時，截止閥2 和泵2 則會處于關(guān)閉狀態(tài)。在吸收器中，由發(fā)生器傳送的濃溶液經(jīng)過吸收水蒸氣成為稀溶液。在注入冷卻水并與溫室空氣進(jìn)行熱交換后，會通過泵1 將稀溶液傳送到熱交換器內(nèi)進(jìn)行交換，之后再送到發(fā)生器。而稀溶液在吸收注入的熱水熱量后發(fā)生沸騰，此時就會形成大量的水蒸氣。稀溶液在吸收水蒸氣后會變?yōu)闈馊芤?；發(fā)生器剩余的水蒸氣將被傳送至冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷凝，然后通過泵3 將水傳輸?shù)綔厥覂?nèi)對農(nóng)作物進(jìn)行灌溉。

（二）熱力計算

1.系統(tǒng)模型。經(jīng)過對單效溴化鋰吸收式系統(tǒng)模型的改進(jìn)，將原有系統(tǒng)中的蒸發(fā)器替換為整個溫室環(huán)境，而吸收器通過吸收溫室內(nèi)的濕空氣中的水蒸氣，可以確保整個系統(tǒng)的正常運行。

在夏季時，單效溴化鋰吸收式系統(tǒng)在循環(huán)運行過程中，將會把溫室替換成蒸發(fā)器，而根據(jù)某個已實施的溫室農(nóng)業(yè)項目的作業(yè)經(jīng)驗與《實用制冷與空調(diào)工程手冊》［5］對本次的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了熱力計算。

2.數(shù)學(xué)模型的建立。在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型前，因為系統(tǒng)自身在運行過程中有著很多不確定性，若是完全根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況來構(gòu)建模型的話，這樣將會加大構(gòu)建模型的難度。因此進(jìn)行了以下假設(shè)：（1）系統(tǒng)在實際運行過程中會忽略各種器件造成的壓力損失和熱量損失；（2）系統(tǒng)往往會忽視流體的動能和勢能；（3）系統(tǒng)運行穩(wěn)定時吸收器、發(fā)生器的溶液處于平衡狀態(tài)；（4）系統(tǒng)中各個部件不會與環(huán)境進(jìn)行交換；（5）吸收器與蒸發(fā)器的壓力相同，發(fā)生器與冷凝器的壓力相同；（6）各個部件的溴化鋰溶液都處于飽和狀態(tài)；（7）節(jié)流過程可以視為等焓過程，泵在升壓的時候溫度不會發(fā)生變化，但會忽略掉泵的耗能。

在冬季制熱條件下，需要將其切換到另一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)類似于溫室系統(tǒng)的二級熱泵系統(tǒng)。熱水溫度要控制在95℃，溫水溫度需控制在70℃。而假設(shè)熱水的出口溫度達(dá)到100℃時，就需要對其進(jìn)行熱計算，而冷水的入口溫度則與夏季相同，至于其他的參數(shù)可按照具體技術(shù)手冊［5］來選擇，從而獲得加熱條件下的COP 指數(shù)值。另外，在進(jìn)行計算和模擬過程中，得知該系統(tǒng)在冬季和夏季時最關(guān)鍵問題在于，在冬季時候吸收器、蒸發(fā)器的壓力，在加熱時的壓力要比在制冷時的壓力高出很多。故而，在剛開始搭建系統(tǒng)的時候，對吸收器和蒸發(fā)器則應(yīng)參照冬季和夏季工況中壓力最大的情況來實施制作和選擇。

二、溫室農(nóng)業(yè)通風(fēng)方式

（一）機械通風(fēng)方式

通常不會在進(jìn)風(fēng)口位置設(shè)置風(fēng)機，這是為了避免送風(fēng)直面吹向植物。一般情況下，進(jìn)風(fēng)口都會采用側(cè)窗，且側(cè)窗開度可按照需求來調(diào)整開口大小。對排風(fēng)機應(yīng)將其設(shè)置在另一側(cè)位置，并為排風(fēng)機配有止回閥和風(fēng)量調(diào)節(jié)大小的裝置，當(dāng)啟動排風(fēng)機時，止回閥則會自動開啟。為了確保溫室內(nèi)進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)順暢，進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)的方向必須和溫室中植物的田埂方向相同，也就是田埂間的人行通道就是氣流的主要通道。另外，由于有些溫室是連棟的，深度較大，那么進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)的位置就會距離很遠(yuǎn)，間距通常在30～60厘米之間，并在溫室中部適當(dāng)位置安裝幾臺勻風(fēng)機。勻風(fēng)機不僅能有效地解決溫室中的氣流不暢問題，也能讓溫室整體溫度分布均勻，更有益于植物的生長。

（二）自然通風(fēng)方式

自然通風(fēng)主要是運用溫室內(nèi)設(shè)計的側(cè)窗、天窗等位置來實現(xiàn)。這樣的通風(fēng)模式相對前面所說的機械通風(fēng)模式，優(yōu)勢在于能節(jié)約一定投資成本與運行管理費用等。另外，這種自然通風(fēng)的方式，基本只有中檔和低檔的溫室會選擇使用。這種方式的通風(fēng)也可以分兩種，即側(cè)面進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)的方式以及側(cè)面進(jìn)風(fēng)和頂部排風(fēng)的方式。

三、結(jié)語

綜上所述，根據(jù)夏季、冬季的溫濕度不同要求，提出了一種有效的溫室農(nóng)業(yè)空調(diào)系統(tǒng)。針對該系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，構(gòu)建了單一溴化鋰質(zhì)量守恒方程，進(jìn)行了簡單的熱力計算。以此來證明該系統(tǒng)作為溫室資源的最大利用生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)是可行的。在冬季和夏季的時候可以共享一套系統(tǒng)，也能有效地節(jié)省設(shè)備的成本和投資。同時對當(dāng)前所追求的綠色、生態(tài)、現(xiàn)代化的溫室而言，這個溫室農(nóng)業(yè)空調(diào)系統(tǒng)有著極大的應(yīng)用價值。相信它在未來將會成為重點推廣的技術(shù)之一。