高海明

（新疆烏魯木齊縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，新疆 烏魯木齊 830054）

1 前言

目前烏魯木齊縣冬季日光溫室生產(chǎn)主要的加溫方式仍然是簡易燃煤爐，俗稱土爐子，它是采用土砌爐通過磚砌煙道火墻散熱來給溫室加溫，如圖1。標(biāo)準(zhǔn)溫室一般至少安裝4個(gè)土爐子，如果種植果類蔬菜需要安裝7個(gè)。晚上12時(shí)加煤后，凌晨3～4時(shí)還需要加一次煤，每次加煤量約20kg左右。這種方式熱效率低，耗煤量大，夜間操作頻繁，溫室升溫效果不好，在冬季寒冷時(shí)節(jié)，只能種植適宜較低溫度蔬菜品種。為提高日光溫室的溫度，實(shí)現(xiàn)夜間無人值守，增加冬季寒冷時(shí)節(jié)蔬菜種植品種，經(jīng)過市場考察，結(jié)合烏魯木齊縣冬季溫室氣候條件，2015年9月引進(jìn)了兩種新型高效加溫設(shè)備：自動(dòng)變頻控溫超導(dǎo)熱管燃煤型熱風(fēng)爐和數(shù)控燃煤型反燒多回程水暖鍋爐加溫設(shè)備，分別在烏魯木齊縣水西溝鎮(zhèn)東灣村兩座生產(chǎn)草莓的日光溫室進(jìn)行了試驗(yàn)。

圖1 簡易燃煤爐（俗稱土爐子）在日光溫室中的使用

2 自動(dòng)變頻控溫超導(dǎo)熱管燃煤熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

自動(dòng)變頻控溫超導(dǎo)熱管燃煤熱風(fēng)爐是由新疆瑞龍農(nóng)牧機(jī)械設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的，型號為RF-3型。其設(shè)計(jì)輸出熱量為16萬kCal/h（圖2）。該熱風(fēng)爐加溫設(shè)備主要由燃燒室、熱管換熱器、超導(dǎo)介質(zhì)蒸發(fā)冷凝循環(huán)系統(tǒng)、煙氣余熱回收裝置、排煙風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)離心風(fēng)機(jī)、輸送風(fēng)道、自動(dòng)控制柜組成。其主要特點(diǎn)是：（1）通過全封閉真空管內(nèi)的熱活性好、熱敏性高的超強(qiáng)導(dǎo)熱介質(zhì)進(jìn)行熱量交換。一般超導(dǎo)介質(zhì)的最低工作溫度為40～50℃，該加溫設(shè)備超導(dǎo)介質(zhì)在25～30℃即開始吸熱由液態(tài)變成氣態(tài)，大幅提高了熱交換效率；（2）通過溫度傳感器連接變頻器控制排煙風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫。排煙風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢或啟?？梢钥刂迫剂先紵龝r(shí)供氧量的多少，從而控制燃料燃燒的速度，進(jìn)而控制燃燒釋放熱量的速度；（3）通過煙氣熱量回收裝置，最大限度提高了熱效率。在熱量交換系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有煙氣換熱管，通過煙氣換熱管將煙氣余熱回收利用。

圖2 RF-3型超導(dǎo)熱風(fēng)爐

圖3 CLHB-3溫室水暖鍋爐加溫設(shè)備

3 數(shù)控燃煤型反燒多回程水暖鍋爐加溫設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

水暖鍋爐加溫設(shè)備由烏魯木齊市牧豐偉業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)，型號為CLHB-3，設(shè)計(jì)輸出熱量為15萬kCal/h（圖3）。該水暖鍋爐加溫設(shè)備主要由水暖反燒鍋爐主機(jī)、引煙風(fēng)機(jī)、熱水循環(huán)泵、圓翼型散熱器、鋁制翅片式散熱器、自動(dòng)控制箱組成。其主要特點(diǎn)是：（1）水暖反燒鍋爐主機(jī)采用單層爐排倒風(fēng)反燒方式。燃燒室由主燃燒室和輔助燃燒室組成，燃煤置于主燃燒室爐排上部，在主燃燒室內(nèi)完成預(yù)熱、干餾以及氧化還原等過程，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w進(jìn)入副燃燒室，煤氣向爐排下移動(dòng)，此時(shí)加上二次補(bǔ)風(fēng)再次燃燒，在爐膛內(nèi)形成翻騰式火團(tuán)，充分實(shí)現(xiàn)反燒原理；（2）散熱系統(tǒng)采用鍍鋅圓翼型鑄鐵管散熱器和鋁制翅片式暖風(fēng)機(jī)雙重結(jié)合的方式（圖4），溫室拱棚前安裝鍍鋅圓翼型鑄鐵管進(jìn)行散熱，溫室后墻安裝若干組鋁制翅片式暖風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，有效提高了散熱效率。

圖4 數(shù)控水暖鍋爐加溫設(shè)備散熱系統(tǒng)

4 試驗(yàn)分析

4.1 試驗(yàn)的基本條件

兩種溫室加溫設(shè)備自2015年入冬以來分別在烏魯木齊縣水西溝鎮(zhèn)東灣村建造結(jié)構(gòu)相同的兩座日光溫室進(jìn)行了試驗(yàn)示范，進(jìn)行試驗(yàn)示范的日光溫室為前后相鄰，長度均為90 m，寬度均為11 m，保溫被材質(zhì)相同。將使用RF-3型燃煤超導(dǎo)熱風(fēng)爐的溫室編為1號溫室，使用CLHB-3溫室燃煤型水暖鍋爐智能加溫設(shè)備的溫室編為2號溫室。

4.2 溫度采集起止日期的確定

烏魯木齊縣日光溫室供暖時(shí)間一般是從當(dāng)年11月中旬到次年3月中旬，供暖期大約是120天左右。為了更好地觀察增溫效果，選擇室外氣溫較低的若干天進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分別選2016年1月21日20時(shí)～2016年1月24日10時(shí)和2017年1月8日20時(shí)～2017年1月11日時(shí)這兩個(gè)時(shí)間段。為了便于比對，選擇的兩個(gè)起止日期間隔均為3天。其室外溫度變化曲線分別如圖 5、圖 6。

圖5 2016年1月21日20時(shí)～24日10時(shí)室外溫度變化曲線

圖6 2017年1月8日20時(shí)～11日10時(shí)室外溫度變化曲線

4.3 溫度采集時(shí)間段的確定

正常晴天情況下，根據(jù)日落日出時(shí)間變化，烏魯木齊縣使用高效加溫設(shè)備的日光溫室一般在10：40～11：10卷起保溫被，根據(jù)溫室內(nèi)氣溫實(shí)際變化情況在14時(shí)左右進(jìn)行通風(fēng)，在 17：30～18：00 放下溫室保溫被，次日 0：00～1：00 加煤一次，加煤量大約 120～160 kg，之后不再加煤，直到次日10：40～11：10卷起保溫被后由太陽光照射給溫室進(jìn)行增溫。白天只要有陽光，只需加少量燃煤，維持燃燒室火不熄滅即可。溫室溫度以一天24小時(shí)為一個(gè)變化周期，其溫度變化的曲線如圖7，圖7是2號溫室在2016年1月21日9點(diǎn)～1月22日12時(shí)的溫度變化曲線。其中從A點(diǎn)到F點(diǎn)是一個(gè)溫度變化周期，曲線上A點(diǎn)為開始卷起保溫被時(shí)刻，B點(diǎn)為開始通風(fēng)時(shí)刻，C點(diǎn)為停止通風(fēng)時(shí)刻，D點(diǎn)為開始放下保溫被時(shí)刻，E點(diǎn)為加燃煤時(shí)刻，F(xiàn)點(diǎn)為次日開始卷簾時(shí)刻。日光溫室供暖主要在夜間時(shí)段，即從日太陽落下時(shí)放下溫室保溫被后到次日早上太陽升起時(shí)卷起溫室保溫被這個(gè)時(shí)間段。為了減少外部因素的干擾，保證采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，溫度采集的開始時(shí)間的統(tǒng)一確定為當(dāng)日20點(diǎn)，溫度采集的結(jié)束時(shí)間統(tǒng)一確定為次日10點(diǎn)，即當(dāng)時(shí)20時(shí)至次日10日為一個(gè)溫度采集分析周期。

圖7 2號溫室2016年1月21日9時(shí)～1月22日12時(shí)的溫度變化曲線

4.4 數(shù)據(jù)采集和處理

為了便于對照，在有效數(shù)據(jù)采集期間，1號和2號溫室夜間加煤時(shí)間統(tǒng)一定為0時(shí)，每次加煤量統(tǒng)一定為150kg。1號和2號溫室保溫被卷放時(shí)間相同。用溫度記錄儀對1號和2號溫室室內(nèi)外溫度進(jìn)行了每間隔5分鐘的連續(xù)記錄。根據(jù)記錄的溫度數(shù)據(jù)，繪制1、2號溫室溫度每個(gè)記錄周期內(nèi)的溫度變化曲線，1號溫室在6天的溫度記錄周期內(nèi)的溫度變化趨勢基本相同，如圖8。同樣2號溫室在6天溫度記錄周期內(nèi)的溫度變化趨勢也基本相同，如圖9。對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，制成室內(nèi)外最高最低平均溫度對照表（表1）。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，分別繪制了1號溫室和2溫室在6天內(nèi)的最高溫室、最低溫度和平均溫度變化的6條曲線（圖10）。

圖8 1號溫室20:00～次日10:00溫度變化曲線

4.5 數(shù)據(jù)分析

（1）從圖8可以看出1號溫室的溫度變化曲線呈現(xiàn)鋸齒狀，2號溫室溫度變化曲線是平滑曲線，說明1號溫室溫度在總體大趨勢溫度變化的基礎(chǔ)上，溫度還呈窄幅度高頻率波動(dòng)，原因是熱風(fēng)離心風(fēng)機(jī)間歇性啟停工作所致。

圖9 2號溫室20:00～次日10:00溫度變化曲線

（2）對比圖8、圖9，可以看出1號溫室最高溫度比2號溫室最高溫度要提前2小時(shí)左右出現(xiàn)，1號溫室最高溫度一般出現(xiàn)在1：30～2：00之間，2號溫室最高溫度一般出現(xiàn)在3：30～4：00之間。這說明RF-3型燃煤超導(dǎo)熱風(fēng)爐燃煤燃燒速度快，熱量在短時(shí)間通過熱風(fēng)大量釋放，溫室升溫迅速。CLHB-3型水暖鍋爐加溫設(shè)備通過水暖散熱系統(tǒng)的熱輻射交換熱量，溫室升溫較慢。

表1 室內(nèi)外最高最低平均溫度對照表

（3）從表1和圖10，可以看出雖然1號溫室最高溫度比2號溫室高，但是1號溫室最低溫度和平均溫度都比2號溫室平均溫度低。這說明RF-3型燃煤超導(dǎo)熱風(fēng)爐燃煤溫室雖然升溫迅速，但是CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設(shè)備采用反燒設(shè)計(jì)，燃燒充分，熱效率高，所以2溫室平均溫度比1號溫室要高；CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設(shè)備通過熱水傳熱，熱水蓄熱性好，即便鍋爐內(nèi)的煤燃盡后仍然能給溫室內(nèi)持續(xù)提供熱量，所以2號溫室的最低溫度比1號溫室要高2℃左右。

5 結(jié)論及建議

通過試驗(yàn)，所引進(jìn)的兩種新型高效熱風(fēng)爐符合烏魯木齊縣日光溫度冬季生產(chǎn)要求，都能實(shí)現(xiàn)夜間無人值守。對于溫室冬季生產(chǎn)而言，最低溫室和平均溫度比最高溫度更能衡量溫室加溫設(shè)備的性能。通過數(shù)據(jù)圖表的比對分析，CLHB-3型燃煤水暖鍋爐智能加溫設(shè)備比RF-3型燃煤超導(dǎo)熱風(fēng)爐總體性能更好，更適宜推廣。

圖10 最高溫度、最低溫度和平均溫度變化曲線