智能溫室太陽(yáng)能熱泵為冬季作物增溫添動(dòng)力

　太陽(yáng)能溫室供暖為提高北方地區(qū)溫室作物的生長(zhǎng)環(huán)境溫度，建立溫室用太陽(yáng)能熱泵土壤蓄能系統(tǒng)的試驗(yàn)裝置。太陽(yáng)能多能互補(bǔ)供熱采集太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、系統(tǒng)供/回水溫度、溫室內(nèi)部土壤、空氣溫度、主機(jī)輸入功率等數(shù)據(jù)，分析在晴天和多云天氣工況下系統(tǒng)的性能和供暖效果。結(jié)果表明，系統(tǒng)的供/回水溫度及性能系數(shù)（coeficient of performance，簡(jiǎn)稱COP）均受太陽(yáng)輻射影響，輻射增強(qiáng)，供/回水溫度及COP隨之升高，反之則降低，但供/回水溫度波動(dòng)滯后于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度且較為平緩。在晴天和多云天氣工況下，系統(tǒng)的平均COP分別為4.05、2.50；晴天天氣工況下，系統(tǒng)較對(duì)照溫室土壤溫度日平均提升3.24℃，夜間溫室空氣溫度平均提升l.49℃；多云天氣工況下，系統(tǒng)較對(duì)照溫室土壤溫度日平均提升2.28℃.夜間溫室空氣溫度平均提升1.02℃；系統(tǒng)供暖效果明顯。不同天氣工況下，試驗(yàn)溫室空氣溫度較環(huán)境溫度提升3～8℃。

溫室主要用于栽培蔬菜植物，在不適合作物生長(zhǎng)的季節(jié)為作物生長(zhǎng)提供適宜的溫度。我國(guó)北方地區(qū)入秋后，晝夜溫差逐漸增大。白天氣溫較高，溫室作物能夠正常生長(zhǎng)；夜晚氣溫驟降，溫室內(nèi)部溫度有時(shí)降到0℃以下。一般作物適宜的生長(zhǎng)溫度在5～35℃之間。溫度過低不利于作物生長(zhǎng)，因此，北方地區(qū)必須在冬季為溫室供暖。傳統(tǒng)溫室的供暖方式以燃媒鍋爐為主，這種高溫?zé)嵩捶艧岬墓┡绞讲粌H造成大量的能源浪費(fèi)，而且燃煤鍋爐排放的CO2、NO、S0.等污染物對(duì)環(huán)境也造成了嚴(yán)重污染"。

隨著我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，溫室大棚供暖的能源供應(yīng)不再僅限于一次能源。我國(guó)北方地區(qū)冬季太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，有研究者提出將太陽(yáng)能熱利用技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚供暖，并對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究[2-4。江蘇大學(xué)的毛罕平等研制了l種溫室太陽(yáng)能加熱系統(tǒng)，其主要由真空管太陽(yáng)能集熱器和循環(huán)管道組成，并采用電采暖作為系統(tǒng)的輔助熱源以滿足溫室的連續(xù)供暖需求[]。陜西科技大學(xué)的蘇偉等設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能與地源熱泵聯(lián)合溫室大棚系統(tǒng)及該系統(tǒng)的可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡(jiǎn)稱PLC）控制回路，并對(duì)其可行性作了簡(jiǎn)要分析礎(chǔ)。太陽(yáng)能與地源熱泵聯(lián)合溫室大棚系統(tǒng)的初投資較高，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，其系統(tǒng)投資回收期較長(zhǎng)。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)的于威等設(shè)計(jì)了日光溫室太陽(yáng)能土壤加溫系統(tǒng)，通過試驗(yàn)研究在該系統(tǒng)的作用下地溫隨著不同地?zé)峁苈裆畹淖兓闆r。結(jié)果表明，太陽(yáng)能土壤加溫系統(tǒng)對(duì)夜間土壤溫度有顯著提升作用。根據(jù)調(diào)研.國(guó)內(nèi)溫室大棚太陽(yáng)能熱利用技術(shù)大多采用太陽(yáng)能悶曬水的集熱方式，依靠太陽(yáng)能悶曬真空管或平板式太陽(yáng)能集熱板來提升內(nèi)部水的溫度，結(jié)合儲(chǔ)能水箱及溫室內(nèi)部換熱系統(tǒng)對(duì)溫室進(jìn)行供暖。這種僅通過太陽(yáng)悶曬來加熱水的做法，其太陽(yáng)能利用率較低，無(wú)法滿足大面積溫室大棚生產(chǎn)的供暖需求，且溫室大棚供暖須配備較大的儲(chǔ)能水箱，浪費(fèi)了土地資源，后期維護(hù)也較為麻煩。針對(duì)以上溫室供暖技術(shù)的不足，本研究設(shè)計(jì)1種溫室用太陽(yáng)能熱泵土壤蓄能系統(tǒng)，利用制冷劑R134A在平板式太陽(yáng)能集熱板中采集太陽(yáng)能量，通過壓縮機(jī)提升能量品位，制冷劑通過板式換熱器將熱量換熱給水，通過循環(huán)水泵使水在水平橫埋管中循環(huán)流動(dòng)，以這種形式將熱量Z終換熱給溫室內(nèi)部土壤，Z終實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)部土壤及空氣溫度的提升。通過試驗(yàn)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行研究，分析不同工況下系統(tǒng)性能及其供暖效果，得出相應(yīng)結(jié)論。

系統(tǒng)供暖效果明顯。在晴天工況下，與對(duì)照溫室相比，試撿溫室土壤溫度日平均提升3.24℃，夜間溫室空氣溫度平均提升l.49℃；在多云天氣工況下，與對(duì)照溫室相比，試驗(yàn)溫室土壤溫度日平均提升2.28℃.夜間溫室空氣溫度平均提升.02℃；同時(shí)，在太陽(yáng)能熱泵土壤蓄能系統(tǒng)和被動(dòng)式溫室太陽(yáng)能蓄能的共同影響下，溫室內(nèi)部空氣溫度比室外環(huán)境溫度提升大，溫度提升2~8℃，在較大程度上提高了作物的生長(zhǎng)環(huán)境溫度。

根據(jù)調(diào)研，溫室年供暖平均天數(shù)約為120d，其中陰、雨、雪等惡劣天氣天數(shù)占l5%。在連續(xù)惡劣天氣工況下，太陽(yáng)能熱泵土壤蓄能系統(tǒng)無(wú)法滿足溫室的供暖需求。因此，考慮增加輔助能源來保證系統(tǒng)的全年穩(wěn)定運(yùn)行。下一步工作集中在選擇合適的輔助供暖設(shè)備來匹配太陽(yáng)能熱泵土壤蓄能系統(tǒng).并對(duì)結(jié)合輔助供暖設(shè)備的系統(tǒng)進(jìn)行全年運(yùn)行的應(yīng)用研究。