山東智能溫室太陽能熱泵為冬季作物增溫添動力

　太陽能溫室供暖為提高北方地區溫室作物的生長環境溫度，建立溫室用太陽能熱泵土壤蓄能系統的試驗裝置。太陽能多能互補供熱采集太陽輻射強度、系統供/回水溫度、溫室內部土壤、空氣溫度、主機輸入功率等數據，分析在晴天和多云天氣工況下系統的性能和供暖效果。結果表明，系統的供/回水溫度及性能系數（coeficient of performance，簡稱COP）均受太陽輻射影響，輻射增強，供/回水溫度及COP隨之升高，反之則降低，但供/回水溫度波動滯后于太陽輻射強度且較為平緩。在晴天和多云天氣工況下，系統的平均COP分別為4.05、2.50；晴天天氣工況下，系統較對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，系統較對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℃；系統供暖效果明顯。不同天氣工況下，試驗溫室空氣溫度較環境溫度提升3～8℃。

溫室主要用于栽培蔬菜植物，在不適合作物生長的季節為作物生長提供適宜的溫度。我國北方地區入秋后，晝夜溫差逐漸增大。白天氣溫較高，溫室作物能夠正常生長；夜晚氣溫驟降，溫室內部溫度有時降到0℃以下。一般作物適宜的生長溫度在5～35℃之間。溫度過低不利于作物生長，因此，北方地區必須在冬季為溫室供暖。傳統溫室的供暖方式以燃媒鍋爐為主，這種高溫熱源放熱的供暖方式不僅造成大量的能源浪費，而且燃煤鍋爐排放的CO2、NO、S0.等污染物對環境也造成了嚴重污染"。

隨著我國現代化農業的發展，溫室大棚供暖的能源供應不再僅限于一次能源。我國北方地區冬季太陽輻射較強，有研究者提出將太陽能熱利用技術應用于溫室大棚供暖，并對此進行了相關研究[2-4。江蘇大學的毛罕平等研制了l種溫室太陽能加熱系統，其主要由真空管太陽能集熱器和循環管道組成，并采用電采暖作為系統的輔助熱源以滿足溫室的連續供暖需求[]。陜西科技大學的蘇偉等設計了太陽能與地源熱泵聯合溫室大棚系統及該系統的可編程邏輯控制器（programmable logic controller，簡稱PLC）控制回路，并對其可行性作了簡要分析礎。太陽能與地源熱泵聯合溫室大棚系統的初投資較高，對于農業生產來說，其系統投資回收期較長。沈陽農業大學的于威等設計了日光溫室太陽能土壤加溫系統，通過試驗研究在該系統的作用下地溫隨著不同地熱管埋深的變化情況。結果表明，太陽能土壤加溫系統對夜間土壤溫度有顯著提升作用。根據調研.國內溫室大棚太陽能熱利用技術大多采用太陽能悶曬水的集熱方式，依靠太陽能悶曬真空管或平板式太陽能集熱板來提升內部水的溫度，結合儲能水箱及溫室內部換熱系統對溫室進行供暖。這種僅通過太陽悶曬來加熱水的做法，其太陽能利用率較低，無法滿足大面積溫室大棚生產的供暖需求，且溫室大棚供暖須配備較大的儲能水箱，浪費了土地資源，后期維護也較為麻煩。針對以上溫室供暖技術的不足，本研究設計1種溫室用太陽能熱泵土壤蓄能系統，利用制冷劑R134A在平板式太陽能集熱板中采集太陽能量，通過壓縮機提升能量品位，制冷劑通過板式換熱器將熱量換熱給水，通過循環水泵使水在水平橫埋管中循環流動，以這種形式將熱量Z終換熱給溫室內部土壤，Z終實現溫室內部土壤及空氣溫度的提升。通過試驗對此系統進行研究，分析不同工況下系統性能及其供暖效果，得出相應結論。

系統供暖效果明顯。在晴天工況下，與對照溫室相比，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，與對照溫室相比，試驗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，在太陽能熱泵土壤蓄能系統和被動式溫室太陽能蓄能的共同影響下，溫室內部空氣溫度比室外環境溫度提升大，溫度提升2~8℃，在較大程度上提高了作物的生長環境溫度。

根據調研，溫室年供暖平均天數約為120d，其中陰、雨、雪等惡劣天氣天數占l5%。在連續惡劣天氣工況下，太陽能熱泵土壤蓄能系統無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的全年穩定運行。下一步工作集中在選擇合適的輔助供暖設備來匹配太陽能熱泵土壤蓄能系統.并對結合輔助供暖設備的系統進行全年運行的應用研究。