关于温室大棚除湿降温系统的影响因子浅析

陈传艳

（湖北水利水电职业技术学院，湖北 武汉430070）

1 引言

在中国南方高温高湿地区，夏季温室的降温问题一直是困扰现代大型温室在该地区发展与应用的技术难题，许多大型温室在7～9月的高温季节处于“停产”状态，严重影响了温室的利用效率。虽然利用湿垫－风机降温系统在中国北方高温低湿地区有较好的降温效果，然而该系统在中国南方的高温高湿地区的应用效果并不理想。为提高现行湿垫－风机降温系统对湿热气候条件的适应性，解决湿热地区夏季温室降温问题，本课题组提出了温室液体除湿降温系统，并针对建于武汉地区的塑料温室设计了一套除湿降温系统[1～11]。参考国内外文献和本课题组实测结果[12～20]，在湿热气候条件下湿垫－风机系统的最大降温幅度为4～5℃，液体除湿降温系统最大降温幅度为7～8℃，相对湿垫－风机系统降温幅度提高了3℃左右，能够满足湿热地区夏季温室作物生长的要求。由于中国目前针对高温高湿地区夏季温室除湿降温系统的研究相对较少，因此研究液体除湿降温系统中各主要因素对温室降温效果的影响，对优化系统结构参数和工作参数有理论意义和现实意义。

2 试验装置

除湿降温系统主要由湿垫、轴流风机、除湿室（喷淋室）、除湿剂再生子系统等组成。如图1所示。

其工作过程是：风机1工作形成温室2内产生负压，高温高湿的空气由进风口进入除湿室4，空气在除湿室上升过程中与由多个喷头喷出的除湿剂（选用CaCl2溶液）逆向流动并进行热质交换，由于除湿剂溶液表面的饱和水蒸汽分压力低于空气中的水蒸汽分压力，液体除湿剂吸收了空气中的水蒸气，使空气的湿度降低，较低相对湿度的空气在风机的作用下通过湿垫蒸发冷却，被冷却的空气进入温室达到降温的目的。

图1 温室除湿降温系统的结构简图

除湿室中喷出的除湿剂因吸收空气中的水分而被逐渐稀释，稀释后的溶液进入储液池后由泵10抽至待再生储液池7，再经阀8进入太阳能集热器9，除湿剂在太阳能集热器中再生，从而使除湿剂溶液的浓度升高，再由泵10抽入储液池7，当除湿剂的浓度达到使用要求后，由微型泵抽至储液池中用于喷淋，依此循环。

试验于2010年7月在华中农业大学工学院试验温室进行。该温室长27m，9开间（每开间长4m），双跨（单跨宽7.5m），顶高4.9m，檐高3.2m，温室两侧墙面上安装了2组5.4m Celdek（赛代克）湿垫和2台9FJ1250型轴流风机。试验在9开间、双跨温室中进行，试验中除湿降温系统的风量风速、溶液流量等可借助风机和泵来调节。

3 正交试验

系统降温效果与空气经喷淋除湿后（亦即进入湿垫前）的相对湿度密切相关，从喷淋室出来的空气相对湿度越低，湿垫－风机系统的降温幅度则越大，为此，选定喷淋室出口空气的相对湿度为试验指标来考察各主要因素对降温效果的影响。据张继元[1]的分析，影响CaCl2溶液喷淋除湿效果的主要因素有进口空气的流量、溶液的流量、溶液的浓度和温度、进口空气的温度和湿度等6个因素。在进行了单因素试验后，选取了多因素试验的参数取值范围。利用正交表L16（215）安排试验，试验结果见表1（标中的“空列”是根据现有正交表L16（215）的表头设计产生），方差分析见表2。

在表1、表2中，A表示进口空气流量，B表示进口空气温度，C表示进口空气相对湿度，D表示溶液温度，E表示溶液质量浓度，F表示溶液流量，F×A，B×C，B×E，D×C，D×E表示因素的交互作用。

表1 多因素正交试验结果

K1表示因素1水平之和，K2表示因素2水平之和，R表示极差，Sj＝R/16；A表示进口空气流量，B表示进口空气温度，C表示进口空气相对湿度，D表示溶液温度，E表示溶液质量浓度，F表示溶液流量，F×A，B×C，B×E，D×C，D×E表示因素的交互作用，下同。

表2 方差分析

由表2可知，各因素对试验指标的影响显著程度依次是：进口空气相对湿度C，进口空气温度与进口空气相对湿度的交互作用（B×C）、进口空气温度与溶液质量浓度的交互作用（B×E）、溶液温度D，以及进口空气温度B和溶液质量浓度E。溶液的流量和进口空气的流量对出口空气相对湿度的影响不显著。

最优方案是：A1B2C2D1E2F2，即系统运行最佳条件是：溶液温度和进口空气流量选低水平，其余因素选高水平，在最优方案下，可降低进口空气相对湿度幅度为20%～30%，使出口空气的相对湿度达到50%左右。在后期针对最佳方案与其它方案的比对试验中，检验得出最佳方案条件下对空气除湿的效果最佳。通过已设计的除湿降温系统进行显著性多水平试验，在最优水平的条件下，本系统可获得较理想的降温幅度（7～9℃）。

4 CaCl2溶液喷淋除湿数学模型的建立与验证

4.1 模型的建立

为了定量地分析出口空气的相对湿度与各主要因素之间的关系，安排了线性回归试验。由于溶液的流量和进口空气的流量对出口空气相对湿度的影响不显著，且溶液的流量取高水平较好，进口空气的流量取低水平较好，进行多元线性回归试验时，溶液的流量定为3.478×10－4m3/s，进口空气的流量定为1.764m3/s，即气液流量比应为5058∶1。线性回归主要考察进口空气的温度及相对湿度、溶液的温度及浓度与试验指标的关系。由试验结果，可得出回归方程：

经显著性检验，得知上述回归方程显著。

所以，所求的回归方程是：

式中，Y为出口空气相对湿度，%。

4.2 模型的验证

为检验数学模型的有效性，课题组做了1组试验。检验试验的条件是溶液流量为3.478×10－4m3/s，进口空气的流量为1.764m3/s。检验结果表明：出口空气相对湿度的实测值与用数学模型的计算值之间差别甚小，最大误差小于5%，表明所建立的模型比较理想。

5 结论与讨论

（1）本温室除湿降温系统对出口空气相对湿度影响显著的因子依次是进口空气的相对湿度、进口空气的温度、溶液的温度和溶液的浓度。为取得理想的除湿降温效果，降低运行费用，减少雾沫夹带，溶液的流量应较大，而进口空气的流量应较小，最佳的气液流量比应为5058∶1。

（2）建立了当溶液的流量为3.478×10－4m3/s，进口空气的流量为1.764m3/s时，本除湿降温系统中进口空气的温度、进口空气的相对湿度、溶液的温度和溶液的浓度等4因子与出口空气相对湿度之间关系的模型。经试验验证，该模型的最大相对误差＜5%，模型是可靠的。利用该模型可对系统的降温效果进行预测。

本文提出的温室液体除湿降温系统是对现有温室湿垫－风机降温系统的改进，即在湿垫－风机降温系统的基础上增加了除湿室和除湿剂再生子系统。除湿室的构建与湿垫相结合，除湿剂选用价格较低的工业氯化钙水溶液，并可利用太阳能对其进行再生。该系统具有一次性投入少、运行费用低、降温幅度大，可满足中国南方高温高湿地区的温室夏季降温的要求，具有较好的经济性和较广泛的应用前景。

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