基于日光温室加温技术的热风水暖一体加温系统研制.pdf

第 1 0 卷 第 1 0 期 农 业 工 程 V o l 1 0 N o 1 0 2 0 2 0 年 1 0 月 A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g O c t 2 0 2 0 收 稿 日 期 2 0 1 9 1 2 0 2 修 回 日 期 2 0 2 0 0 2 1 3 基 金 项 目 新 疆 维 吾 尔 自 治 区 重 点 研 发 项 目 项 目 编 号 2 0 1 8 B 0 1 0 0 2 作 者 简 介 李 胜 硕 士 高 级 工 程 师 研 究 方 向 农 业 机 械 E m a i l l i s h e n g m a i l 1 2 6 c o m 王 国 强 通 信 作 者 研 究 员 研 究 方 向 设 施 农 业 装 备 与 技 术 E m a i l 8 2 4 4 5 3 8 1 1 q q c o m 在 线 投 稿 w w w d 1 a e co m 基 于 日 光 温 室 加 温 技 术 的 热 风 水 暖 一 体 加 温 系 统 研 制 李 胜 王 国 强 刘 娜 齐 新 洲 王 彦 新 疆 农 业 科 学 院 农 业 机 械 化 研 究 所 新 疆 乌 鲁 木 齐 8 3 0 0 9 1 摘 要 在 冬 季 严 寒 地 区 日 光 温 室 采 暖 费 用 是 决 定 温 室 运 行 成 本 的 重 要 因 素 讨 论 成 本 较 低 的 热 风 炉 加 温 系 统 和 水 暖 炉 加 温 系 统 的 温 室 加 温 技 术 特 点 并 将 两 种 技 术 相 结 合 研 制 了 热 风 水 暖 一 体 炉 加 温 系 统 该 系 统 较 好 地 利 用 了 炉 内 燃 烧 热 量 并 设 计 了 多 种 供 暖 散 热 形 式 扩 大 供 暖 面 积 提 高 棚 内 温 度 为 日 光 温 室 冬 季 加 温 技 术 与 装 备 提 供 一 种 有 效 可 行 的 技 术 选 择 关 键 词 日 光 温 室 加 温 热 风 炉 水 暖 炉 中 图 分 类 号 S 6 2 5 5 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 2 0 9 5 1 7 9 5 2 0 2 0 1 0 0 0 1 6 0 3 D e v e l o p m e n t o f I n t e g r a t e d H e a t i n g S y s t e m o f H o t B l a s t a n d Wa t e r H e a t i n g B a s e d o n H e a t i n g T e c h n o l o g y o f S o l a r G r e e n h o u s e L I Sh e ng W A N G G uo qi a n g L I U N a Q I X i nz h o u W A N G Y a n A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n I n s t i t u t e X i n j i a n g A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e U r u m q i X i n j i a n g 8 3 0 0 9 1 C h i n a A b s t r a c t I n c o l d w i n t e r a r e a c o s t o f s o l a r g r e e n h o u s e h e a t i n g i s a n i m p o r t a n t f a c t o r t o d e t e r m i n e c o s t o f g r e e n h o u s e o p e r a t i o n C h a r a c t e r i s t i c s o f g r e e n h o u s e h e a t i n g t e c h n o l o g y o f t h e h e a t i n g s y s t e m o f h o t b l a s t s t o v e a n d w a t e r h e a t i n g s t o v e w i t h l o w e r c o s t w e r e d i s c u s s e d A h e a t i n g s y s t e m o f h o t b l a s t a n d w a t e r h e a t i n g i n t e g r a t e d s t o v e w a s d e s i g n e d b y c o m b i n i n g t w o t e c h n o l o g i e s T h e s y s t e m c o u l d m a k e g o o d u s e o f c o m b u s t i o n h e a t i n f u r n a c e a n d h a v e a v a r i e t y o f h e a t i n g a n d c o o l i n g f o r m s e x p a n d h e a t i n g a r e a i m p r o v e t e m p e r a t u r e i n t h e g r e e n h o u s e w h i c h p r o v i d e s a n e f f e c t i v e a n d f e a s i b l e t e c h n i c a l c h o i c e f o r h e a t i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t i n w i n t e r i n s o l a r g r e e n h o u s e K e y w o r d s s o l a r g r e e n h o u s e h e a t i n g h o t b l a s t f u r n a c e w a t e r h e a t i n g f u r n a c e 0 引 言 北 方 冬 季 严 寒 地 区 气 温 可 低 于 20 这 些 地 区 的 日 光 温 室 冬 季 单 纯 依 靠 自 身 的 蓄 热 保 温 能 力 无 法 满 足 作 物 栽 培 的 温 度 要 求 需 要 利 用 温 室 加 温 设 备 进 行 主 动 加 温 传 统 的 加 温 系 统 主 要 有 热 水 加 热 热 风 加 热 和 电 加 热 随 着 加 温 系 统 和 设 备 的 不 断 发 展 又 出 现 了 地 源 热 泵 技 术 温 室 地 下 蓄 热 加 温 技 术 太 阳 能 辅 助 技 术 和 空 气 源 热 泵 技 术 等 新 型 的 加 温 设 备 及 系 统 为 现 代 化 温 室 在 加 热 保 温 冬 季 生 产 能 源 节 约 和 清 洁 能 源 方 面 提 供 了 有 力 的 保 障 1 这 些 多 种 多 样 的 技 术 从 换 热 介 质 上 来 说 主 要 是 热 水 加 热 和 热 风 加 热 如 燃 煤 燃 气 太 阳 能 热 泵 空 气 源 热 泵 和 电 热 膜 等 加 温 技 术 都 是 以 水 或 空 气 为 介 质 其 最 终 目 的 也 是 为 了 提 高 温 室 空 气 环 境 温 度 2 3 温 室 采 暖 费 用 是 决 定 温 室 运 行 成 本 的 重 要 因 素 采 暖 设 备 的 选 用 很 大 程 度 上 影 响 着 温 室 投 资 运 行 成 本 和 经 济 效 益 4 因 而 如 何 提 高 日 光 温 室 冬 季 加 温 设 备 的 加 温 效 率 降 低 设 备 投 资 和 运 行 投 入 是 值 得 深 入 研 究 的 领 域 1 日 光 温 室 加 温 技 术 日 光 温 室 主 要 种 植 果 蔬 等 作 物 采 暖 面 积 常 为 400 50 0 m 2 其 对 降 低 运 营 成 本 有 比 较 迫 切 的 要 求 目 前 成 本 较 低 的 温 室 加 温 设 备 主 要 是 热 风 炉 和 水 暖 炉 这 些 主 动 加 温 技 术 虽 然 成 本 大 于 水 循 环 等 主 动 蓄 放 热 技 术 但 对 于 冬 季 严 寒 地 区 的 温 室 加 温 是 必 不 可 少 的 5 1 1 热 风 炉 加 温 系 统 热 风 炉 是 用 风 机 将 冷 空 气 压 入 燃 煤 的 炉 体 内 通 过 热 交 换 后 送 出 热 空 气 的 设 备 使 用 热 风 炉 给 温 室 加 温 可 提 高 温 度 10 以 上 增 温 效 果 显 著 6 热 风 炉 加 温 系 统 通 过 风 机 风 管 和 风 带 等 设 备 可 迅 速 地 将 热 风 炉 产 生 的 热 风 送 至 温 室 的 近 端 和 远 端 具 有 加 温 速 度 快 加 温 面 积 大 温 度 分 布 比 较 均 匀 易 于 实 现 李 胜 等 基 于 日 光 温 室 加 温 技 术 的 热 风 水 暖 一 体 加 温 系 统 研 制 温 度 控 制 便 于 操 作 维 护 和 热 效 率 较 高 等 特 点 整 个 系 统 设 备 的 一 次 性 投 资 较 低 空 气 的 密 度 较 低 热 容 量 不 高 当 外 界 气 温 较 低 时 为 保 持 较 高 的 热 风 温 度 要 尽 可 能 地 维 持 较 高 的 换 热 管 温 度 热 风 炉 的 功 率 一 般 在 5 0 60 kW 供 热 面 积 2 00 3 00 m 2 温 室 热 风 炉 加 温 系 统 示 意 如 图 1 所 示 7 1 灰 膛 2 进 风 机 3 炉 体 4 热 风 管 5 热 风 带 6 温 室 骨 架 7 烟 囱 8 保 温 被 9 温 室 后 屋 面 1 0 温 室 后 墙 体 1 1 进 料 口 1 2 温 室 过 道 图 1 日 光 温 室 热 风 炉 加 温 系 统 示 意 F i g 1 S k e t h o f h o t b l a s t s t o v e h e a t i n g s y s t e m f o r s o l a r g r e e n h o u s e 1 2 水 暖 炉 加 温 系 统 我 国 北 方 地 区 大 多 采 用 水 暖 炉 加 温 系 统 与 热 风 和 蒸 汽 采 暖 相 比 其 一 次 性 投 入 较 大 循 环 动 力 大 热 损 失 小 运 行 比 较 经 济 8 该 加 温 方 式 优 点 是 温 室 内 温 度 稳 定 均 匀 温 室 采 暖 系 统 发 生 紧 急 故 障 临 时 停 止 供 暖 时 2 h 内 不 会 对 作 物 造 成 大 的 影 响 其 缺 点 是 系 统 设 备 复 杂 造 价 高 且 一 次 性 投 资 较 大 系 统 中 的 锅 炉 和 供 热 管 道 采 用 目 前 通 用 的 工 业 和 民 建 产 品 散 热 器 一 般 使 用 热 浸 镀 锌 钢 制 圆 翼 散 热 器 使 用 寿 命 长 散 热 面 积 大 4 水 暖 加 温 方 式 以 前 经 常 用 于 大 型 温 室 的 采 暖 目 前 供 热 面积 1 0 0 2 0 0 m 2 的 小 型水暖 炉 在 住 房 采 暖 领 域 已 经 得 到 了 比 较 广 泛 的 应 用 功 率 1 0 2 0 k W 目 前 也 有 很 多 日 光 温 室 采 用 了 锅 炉 暖 气 加 热 将 散 热 片 安 装 在 日 光 温 室 的 北 墙 和 南 侧 底 脚 处 每 栋 日 光 温 室 以 4 8 0 m 2 计 需 6 0 片 暖 气 片 9 由 于 日 光 温 室 的 密 封 和 保 温 性 能 与 住 房 有 差 距 供 热 面 积 2 0 0 m 2 的 温 室 水 暖 炉 功 率 需 2 5 3 0 k W 日 光 温 室水 暖锅 炉除了 燃煤 也有 采 用 天 然 气 为 燃 料 的 1 0 2 热 风 水 暖 一 体 炉 加 温 系 统 研 制 日 光 温 室 热 风 炉 功 率 可 达 50 60 k W 运 行 中 大 量 热 烟 气 在 与 换 热 管 做 热 交 换 的 同 时 快 速 从 烟 道 排 出 有 很 多 剩 余 热 量 可 利 用 设 计 中 除 了 增 加 换 热 管 换 热 面 积 以 外 还 可 借 鉴 水 暖 炉 的 设 计 思 想 在 换 热 管 区 域 之 上 集 成 水 箱 和 热 水 循 环 管 道 等 水 暖 炉 组 件 形 成 热 风 水 暖 一 体 炉 充 分 利 用 热 风 炉 的 剩 余 热 量 实 现 以 较 小 功 率 炉 体 带 动 较 大 面 积 供 暖 的 目 的 或 者 以 相 同 的 炉 体 获 得 更 高 的 温 室 内 温 度 的 目 的 热 风 炉 与 水 暖 炉 相 结 合 除 了 可 为 散 热 片 供 热 水 以 外 还 可 为 温 室 灌 溉 水 加 温 冬 季 灌 溉 用 的 井 水 等 水 源 水 温 常 常 接 近 零 度 这 种 温 度 的 灌 溉 水 如 果 直 接 用 来 灌 入 作 物 根 部 会 极 大 降 低 土 壤 温 度 降 低 土 壤 养 分 的 溶 解 度 抑 制 根 部 生 长 活 动 利 用 热 风 水 暖 一 体 炉 的 水 箱 对 灌 溉 水 进 行 循 环 加 热 可 快 速 提 高 灌 溉 水 温 度 满 足 温 室 灌 溉 用 水 需 求 某 些 用 途 的 温 室 还 将 普 通 温 室 的 散 热 片 供 暖 改 为 地 暖 管 供 暖 地 暖 管 除 了 能 为 温 室 供 暖 还 可 提 高 作 物 根 部 土 壤 的 温 度 有 利 于 作 物 根 部 的 生 理 活 动 采 取 地 暖 加 热 的 方 式 可 直 接 加 热 作 物 生 长 的 区 域 同 时 土 壤 还 具 有 较 强 的 蓄 热 功 能 因 此 与 散 热 器 相 比 地 中 加 热 更 加 节 能 地 中 加 热 管 道 一 般 采 用 特 殊 的 塑 料 管 材 有 时 也 用 钢 管 1 目 前 常 见 的 供 热 2 00 m 2 的 水 暖 炉 水 箱 容 积 往 往 在 20 25 L 热 水 循 环 方 式 在 温 度 要 求 不 高 时 可 采 用 自 然 循 环 温 度 要 求 较 高 时 可 用 水 泵 增 加 循 环 动 力 和 循 环 速 度 新 疆 农 业 科 学 院 农 业 机 械 化 研 究 所 在 已 有 热 风 炉 技 术 的 基 础 上 对 热 风 水 暖 一 体 炉 进 行 了 有 益 的 探 索 对 于 较 高 的 单 体 热 风 炉 设 计 将 水 箱 置 于 燃 烧 室 外 圈 充 分 利 用 了 炉 体 的 热 量 和 空 间 其 结 构 示 意 如 图 2 所 示 1 出 灰 门 2 炉 门 3 进 水 口 4 出 水 口 5 放 气 口 6 出 烟 口 7 外 筒 8 热 风 管 9 出 风 口 1 0 散 热 片 1 1 内 筒 1 2 风 道 1 3 进 风 口 1 4 水 箱 1 5 热 水 管 1 6 耐 火 土 层 1 7 炉 膛 1 8 炉 篦 1 9 灰 膛 图 2 单 体 热 风 水 暖 一 体 炉 示 意 F i g 2 S k e t c h o f s o l o u n i t i n t e g r a t e d s t o v e w i t h h o t b l a s t a n d w a t e r h e a t i n g 7 1 农 业 工 程 装 备 与 机 械 化 对 于 燃 烧 室 和 换 热 室 分 离 的 双 体 热 风 炉 采 用 在 换 热 室 顶 部 增 加 水 箱 的 方 式 也 很 好 地 利 用 了 剩 余 热 量 照 顾 了 炉 体 结 构 布 置 其 系 统 结 构 如 图 3 所 示 1 热 风 换 热 室 2 水 温 传 感 器 3 调 温 罐 4 冷 水 阀 5 热 水 阀 6 水 源 7 热 水 管 8 储 水 箱 9 换 热 水 箱 1 0 补 水 口 1 1 热 风 换 热 管 1 2 热 水 换 热 管 1 3 排 气 管 1 4 热 水 换 热 室 1 5 地 暖 进 水 管 1 6 出 杂 口 1 7 热 风 出 口 1 8 储 煤 仓 1 9 地 暖 泵 2 0 地 温 传 感 器 2 1 温 室 地 暖 2 2 地 暖 回 水 管 2 3 燃 烧 室 图 3 双 体 热 风 水 暖 一 体 炉 系 统 示 意 F i g 3 S k e t c h o f b i n a r y i n t e g r a t e d s t o v e s y s t e m o f h o t b l a s t a n d w a t e r h e a t i n g 对 图 3 所 示 的 热 风 水 暖 一 体 炉 系 统 进 行 了 温 室 试 验 试 验 面 积 约 1 20 m 2 采 用 地 暖 系 统 地 暖 管 线 间 隔 1 5 2 0 c m 系 统 的 地 暖 热 水 循 环 加 热 系 统 在 温 控 和 循 环 动 力 系 统 的 控 制 下 稳 定 运 行 保 持 了 约 4 0 的 水 暖 循 环 温 度 表 明 系 统 设 计 合 理 有 效 试 验 中 夜 晚 放 下 保 温 被 时 室 温 达 8 以 上 根 据 温 室 保 温 措 施 的 不 同 预 计 采 用 地 暖 辅 助 加 温 对 温 室 的 提 温 作 用 在 2 5 该 热 风 水 暖 一 体 炉 系 统 合 理 利 用 热 风 炉 富 余 热 量 对 温 室 进 行 热 风 水 暖 一 体 加 温 的 效 果 较 为 显 著 3 结 束 语 日 光 温 室 加 温 技 术 多 种 多 样 并 不 断 发 展 进 步 热 风 炉 加 温 系 统 水 暖 炉 加 温 系 统 及 新 研 发 的 热 风 水 暖 一 体 炉 是 冬 季 严 寒 地 区 经 济 有 效 的 日 光 温 室 采 暖 加 温 技 术 方 法 目 前 在 很 多 地 区 的 日 光 温 室 越 冬 生 产 中 发 挥 着 重 要 的 作 用 为 进 一 步 提 高 种 植 户 的 经 济 效 益 应 对 市 场 竞 争 如 何 继 续 提 高 日 光 温 室 加 温 系 统 的 加 温 效 率 仍 是 值 得 深 入 研 究 的 重 要 农 业 技 术 领 域 参 考 文 献 1 赵 丽 平 刘 春 旭 张 连 萍 等 寒 冷 地 区 现 代 温 室 加 温 系 统 J 农 机 化 研 究 2 0 1 1 3 3 1 0 2 4 5 2 4 8 Z H A O L i p i n g L I U C h u n x u Z H A N G L i a n p i n g e t a l H e a t i n g s y s t e m o f m o d e r n g r e e n h o u s e i n c o l d a r e a s J J o u r n a l o f A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n R e s e a r c h 2 0 1 1 3 3 1 0 2 4 5 2 4 8 2 周 升 大 跨 度 主 动 蓄 能 型 温 室 太 阳 能 热 泵 增 温 试 验 研 究 D 北 京 中 国 农 业 科 学 院 2 0 1 6 Z H O U S h e n g E x p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n l a r g e s c a l e g r e e n h o u s e w i t h a c t i v e h e a t s t o r a g e a n d s o l a r a s s i s t e d h e a t p u m p h e a t i n g s y s t e m D B e i j i n g C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s 2 0 1 6 3 范 奥 华 杨 有 刚 裴 雪 等 冬 季 日 光 温 室 电 热 膜 和 风 机 组 合 增 温 性 能 研 究 J 农 机 化 研 究 2 0 1 8 4 0 1 0 1 1 8 1 2 4 F A N A o h u a Y A N G Y o u g a n g P E I X u e e t a l S t u d y o n t e m p e r a t u r e i n c r e a s i n g p e r f o r m a n c e o f c o m b i n e d m o d e l o f t h e e l e c t r i c h e a t i n g f i l m s a n d f a n s i n s o l a r g r e e n h o u s e s i n w i n t e r J J o u r n a l o f A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n R e s e a r c h 2 0 1 8 4 0 1 0 1 1 8 1 2 4 4 吕凯 鹏 日光温 室保温增温技 术措施 浅 析 J 当 代 农 机 2 0 1 4 5 7 9 8 0 5 郭 建 业 秦 贵 张 艳 红 日 光 温 室 水 循 环 增 温 蓄 热 系 统 应 用 效 果 研 究 J 中 国 蔬 菜 2 0 1 6 9 6 5 7 0 G U O J i a n y e Q I N G u i Z H A N G Y a n h o n g e t a l S t u d i e s o n a p p l i c a t i o n e f f e c t s o f w a t e r c i r c u l a t i n g w a r m i n g a n d h e a t s t o r a g i n g s y s t e m i n s o l a r g r e e n h o u s e J C h i n a V e g e t a b l e s 2 0 1 6 9 6 5 7 0 6 张 爱 敏 北 方 地 区 日 光 温 室 冬 季 保 温 增 温 技 术 J 现 代 农 村 科 技 2 0 1 3 2 0 1 9 2 0 7 齐 新 洲 王 国 强 邹 平 等 系 列 储 煤 式 燃 煤 汽 化 一 体 炉 的 研 制 J 新 疆 农 机 化 2 0 1 5 2 2 8 3 0 8 王 丹 日 光 温 室 增 温 补 光 措 施 J 农 业 工 程 2 0 1 3 3 1 1 6 3 6 5 6 8 W A N G D a n M e a s u r e s t o i n c r e a s e t e m p e r a t u r e a n d s u p p l e l i g h t f o r g r e e n h o u s e J A g r i c u l t u r a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 3 3 1 1 6 3 6 5 6 8 9 房 俊 智 能 型 热 风 炉 增 温 技 术 探 讨 J 农 机 科 技 推 广 2 0 1 3 6 4 8 5 0 1 0 席 尚 明 日 光 温 室 冬 季 增 温 保 温 技 术 探 析 J 当 代 农 机 2 0 1 2 1 1 7 6 7 7 8 1