温室农业空调系统的设计与通风管理措施

□文/赵二庆

设施农业不仅是当下现代农业的具体体现，也反映了一个国家在农业方面的发展水平，同时也是农业可以高效、优质产出的必然要求［1］。而温室农业作为最重要部分也已备受人们的关注［2］。目前，随着世界人口的快速增长和耕地面积的逐步减少，温室农业在很大程度上解决了土地的利用率和作物种植密度，这样不仅加大了作物的区域适应性，同时也使得耕地面积缩减、人口增长之间的矛盾得到有效缓解［3］。随着我国国民经济和科技水平的快速发展，我国的农业也逐渐朝着现代化农业方面发展，设施农业的面积也得到了快速增长［4］。

温室作为半封闭系统，它在调整温度和湿度上有着很大不足，但温室的气候环境却直接决定着作物的生长情况，尤其在夏季温室中作物的生长发育直接受温室自身产生的“温室效应”所影响。此外，农作物所产出的大量水蒸气会直接增加温室湿度，而湿度过重的话就不但会影响到农作物的生长发育，还很容易使作物出现各种问题，如真菌病、叶片坏死、作物缺钾等问题。因此，温室内对湿度的要求应该控制在作物适合生长的范围内。当前，国内外科研人员已经对温室中的降温除湿系统做了大量研究，并获得很好的研究成果。基于此，提出了一种新的温室降温除湿系统，这种系统也就是改进后的单效溴化锂吸收式系统，通过把温室内环境当作系统的蒸发器，而吸收器可以吸收温室水蒸气，溶液通过热交换器转换后传送到发生器。可见，该系统整体就是一个生态循环系统，首先由农作物蒸腾消耗掉一定水分，然后再返回至温室中灌溉作物，这样看来，该系统既符合了温室在夏季时所要求的温湿度，也能满足冬季对温湿度的要求。

一、用于温室农业的空调系统设计

（一）温室空调系统工作原理

为了能更符合温室环境需求，可以将该系统的温室环境当作蒸发器系统，而吸收器系统中的浓缩溶液通过直接吸收温室气体中的水分，并在吸收器系统中完成热交换以实现所需的温度。发生器在冬季时会处于低压状态，这时泵会将发生器内的高浓度溶液传送至吸收器；而吸收器在夏季时会处于低压状态，这就要求在吸收器的出口位置安装泵，那么发生器中的蒸汽经过注入的冷水会变冷却，再返回到温室中用于灌溉农作物。（如图1所示）

图1 温室空调系统原理

在冬季时，截止阀1 和3、泵1 等设备会关闭。此时，吸收器中的浓溶液会从发生器传送过来，吸收水蒸气后变成稀溶液。在这个过程中所释放的热量可以为温室提供热量。稀溶液经过与发生器中流入到热交换器内的浓溶液进行热量交换后，温度会直接降低然后再流入发生器中。这时，稀溶液在吸收过热源热量后会发生某种变化，然后出现大量水蒸气，并使得稀溶液通过某种方式转为浓溶液。浓溶液在经过热交换器由泵2 直接传输到吸收器，而水蒸气则直接会被传输至冷凝器中冷却后由泵3传输到温室中对农作物进行灌溉。

在夏季时，截止阀2 和泵2 则会处于关闭状态。在吸收器中，由发生器传送的浓溶液经过吸收水蒸气成为稀溶液。在注入冷却水并与温室空气进行热交换后，会通过泵1 将稀溶液传送到热交换器内进行交换，之后再送到发生器。而稀溶液在吸收注入的热水热量后发生沸腾，此时就会形成大量的水蒸气。稀溶液在吸收水蒸气后会变为浓溶液；发生器剩余的水蒸气将被传送至冷凝器内进行冷凝，然后通过泵3 将水传输到温室内对农作物进行灌溉。

（二）热力计算

1.系统模型。经过对单效溴化锂吸收式系统模型的改进，将原有系统中的蒸发器替换为整个温室环境，而吸收器通过吸收温室内的湿空气中的水蒸气，可以确保整个系统的正常运行。

在夏季时，单效溴化锂吸收式系统在循环运行过程中，将会把温室替换成蒸发器，而根据某个已实施的温室农业项目的作业经验与《实用制冷与空调工程手册》［5］对本次的空调系统进行了热力计算。

2.数学模型的建立。在构建数学模型前，因为系统自身在运行过程中有着很多不确定性，若是完全根据系统的实际运行情况来构建模型的话，这样将会加大构建模型的难度。因此进行了以下假设：（1）系统在实际运行过程中会忽略各种器件造成的压力损失和热量损失；（2）系统往往会忽视流体的动能和势能；（3）系统运行稳定时吸收器、发生器的溶液处于平衡状态；（4）系统中各个部件不会与环境进行交换；（5）吸收器与蒸发器的压力相同，发生器与冷凝器的压力相同；（6）各个部件的溴化锂溶液都处于饱和状态；（7）节流过程可以视为等焓过程，泵在升压的时候温度不会发生变化，但会忽略掉泵的耗能。

在冬季制热条件下，需要将其切换到另一个系统，该系统类似于温室系统的二级热泵系统。热水温度要控制在95℃，温水温度需控制在70℃。而假设热水的出口温度达到100℃时，就需要对其进行热计算，而冷水的入口温度则与夏季相同，至于其他的参数可按照具体技术手册［5］来选择，从而获得加热条件下的COP 指数值。另外，在进行计算和模拟过程中，得知该系统在冬季和夏季时最关键问题在于，在冬季时候吸收器、蒸发器的压力，在加热时的压力要比在制冷时的压力高出很多。故而，在刚开始搭建系统的时候，对吸收器和蒸发器则应参照冬季和夏季工况中压力最大的情况来实施制作和选择。

二、温室农业通风方式

（一）机械通风方式

通常不会在进风口位置设置风机，这是为了避免送风直面吹向植物。一般情况下，进风口都会采用侧窗，且侧窗开度可按照需求来调整开口大小。对排风机应将其设置在另一侧位置，并为排风机配有止回阀和风量调节大小的装置，当启动排风机时，止回阀则会自动开启。为了确保温室内进风、排风顺畅，进风、排风的方向必须和温室中植物的田埂方向相同，也就是田埂间的人行通道就是气流的主要通道。另外，由于有些温室是连栋的，深度较大，那么进风、排风的位置就会距离很远，间距通常在30～60厘米之间，并在温室中部适当位置安装几台匀风机。匀风机不仅能有效地解决温室中的气流不畅问题，也能让温室整体温度分布均匀，更有益于植物的生长。

（二）自然通风方式

自然通风主要是运用温室内设计的侧窗、天窗等位置来实现。这样的通风模式相对前面所说的机械通风模式，优势在于能节约一定投资成本与运行管理费用等。另外，这种自然通风的方式，基本只有中档和低档的温室会选择使用。这种方式的通风也可以分两种，即侧面进风和排风的方式以及侧面进风和顶部排风的方式。

三、结语

综上所述，根据夏季、冬季的温湿度不同要求，提出了一种有效的温室农业空调系统。针对该系统进行研究分析，构建了单一溴化锂质量守恒方程，进行了简单的热力计算。以此来证明该系统作为温室资源的最大利用生态循环系统是可行的。在冬季和夏季的时候可以共享一套系统，也能有效地节省设备的成本和投资。同时对当前所追求的绿色、生态、现代化的温室而言，这个温室农业空调系统有着极大的应用价值。相信它在未来将会成为重点推广的技术之一。