基于太阳能热水循环对温室大棚温度的控制

基于太阳能热水循环对温室大棚温度的控制

田常青1  田昌银1  郝杭宇2  赵世昌2  席琰1  周佳毅2  李爱萍*

(1黑龙江八一农垦大学工程学院  黑龙江  大庆 163319，2黑龙江八一农垦大学土木水利学院  黑龙江 大庆 163319)

摘要：利用太阳[1]能热水循环开展温室大棚温度控制工作时，需要通过太阳能热水器完成热量储热工作，利用单片机温度传感器以及水循环形成日光温室温度调控装置。在该装置运行过程中，主要通过单片机完成水循环控制工作，开展水管线放热，从而对温室大棚的温度进行有效控制。在研究过程中需要探讨太阳能热水循环的具体原理，并分析太阳能热水循环对温室大棚温度进行控制的具体应用情况，对改善温室大棚的保温能力提供一定参考。

关键词：太阳能热水循环；温室大棚；温度控制

前言

在农作物生长过程中，温度是影响其生长速度和生长品质的重要因素。温室大棚在建设过程中需要加强保温储热工作，同时还要根据温室大棚的实际情况对内部温度进行合理控制。目前，普通农户的温室大棚主要是通过卷帘和内部加水暖暖气片进行温度控制。这种温度控制方法效率比较低，耗费相对较大，而通过太阳能热水循环开展温室大棚温度控制工作，可以实现一体化控温目标。在低温条件下可以温室大棚进行增温控温，对日温室大棚的昼夜温度进行平衡，减少大棚内部的温差，达到合理利用温室大棚的目的。

1太阳能热水循环原理

在太阳能水循环水储放热系统应用过程中，其主要组成包括暖水管、冷水管、太阳能、回水管、集水槽和给水水泵等。在整个热水循环系统中，白天太阳能可以吸收太阳能辐射热量，在清晨卷起保温被，单片机可以确保水泵不会启动，太阳能水箱内的水通过暖水管后流入温室墙体的暖水管道，经过回水管返回太阳能水箱，由太阳热辐射持续进行加热。如果温室大棚的温度到达设定值，单片机可以对水泵进行控制，启动单片机，将白天吸收的热水集中回流到集水槽中进行冷却处理。如果温室大棚内部的温度过高，单元机可以对冷水管进行控制，使其流入墙体内的冷水管，达到降低温室温度的目的。夜间室内气温比设定的警戒值更低时，水泵可以自动启动，保温水槽内的温水再次流进水管道可以向室内散热[1]。

2在温室大棚温度控制中太阳能热水循环的应用

2.1日间温度控制策略

现阶段，在温室大棚温度控制过程中，对太阳能热水循环进行应用，主要利用集放热控制策略对温室大棚的温度进行科学控制。将该控制策略应用在太阳能集放热系统中可以准确判断太阳能热水循环系统的运行，提升太阳能的利用效果。这种控制方式对太阳辐射、大棚内气温、系统内的水温等因素进行了综合考虑。在不同天气条件下，系统可以显示出高效收集太阳能辐射的效果，在运行期间能够避免出现无效运行和能量浪费情况。并且系统在运行过程中不管是时间控制还是根据大棚内气温的变化情况进行控制，都会出现日间开启放热的现象。因此，需要对太阳能热水循环系统进行优化和改进。

在改进时，可以利用模面装置表面综合温度对集放热控制策略进行优化，能够挖掘太阳能热水循环系统在太阳能利用和节约能源方面的潜力。并且能够更好地对温室大棚进行温度控制工作。目前，集热控制系统在循环性太阳能热水系统中的应用具有突出的优势。但是需要注意当前的控制策略仍然存在一些不足，在集热控制策略实施过程中需要模面装置对日间表面综合温度和在系统运行过程中集热器的表面综合温度进行对比分析，可以对模面装置进行改造，仅仅保留模面装置的单壁面，并且在单壁面朝墙粘贴和集热器相同材质、厚度相同的保温材料。将新的模面装置在墙体内集热器的高度中部位置进行安装，这样获取的新模面装置表面综合温度与墙体内集热器表面的综合温度更加接近，可以更加高效合理的利用模面装置表面综合温度达到对系统运行进行控制的目的。在其他系统模面装置构造和安装过程中，也需要尽可能与集热器形式相同，可以实现系统集热性能优化工作[2]。

2.2夜间温度控制策略

在放热控制策略运行过程中，夜间设置恒定温度，可以对温室大棚进行放热加温。但是这种控制方式可能会导致温度控制效果不佳，主要是在农作物生长过程中，对夜间温度也有一定的需求：前半夜是促进同化产物运转速度加快，需要的温度相对较高；但是后半夜为了抑制呼吸作用，需要的温度比较低。因此，如果利用恒温开展夜间放热管理工作，不利于促进农作物生长。

在之后的优化和改进过程中，可以通过变温管理进行大棚温度控制。在前半夜设置稍高加温温度，后半夜设置稍低加温温度，可以为农作物生长创造更适宜的温度环境。并且在太阳能热量利用过程中，因为太阳能的能流密度比较低，还有间歇性和不稳定的特点，与化石燃料相比产热量不高，受天气条件影响相对较大，如果单纯使用太阳能热水循环，在夜间无法较好地维持室内温度。遇到连阴天气，实际热量无法维持农作物生长需要的最低温度。在这种情况下，需要对太阳能热水循环系统和其他水循环系统进行结合，根据不同作物的夜间温度需求开发更加理想的放热控制策略。

结束语

总而言之，在温室大棚温度控制过程中，对太阳能热水循环进行有效应用，可以提高温度控制效率和精度。但是为了保证太阳能热水循环系统的应用价值，还需要进行进一步研究和优化，实现更理想的集放热性能，保证太阳能热量可以被高效利用。

参考文献：

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[2]史勇,肉孜·阿木提.一种利用太阳能提升温室灌溉用井水温度装置的设计与试验[J].江苏农业科学, 2018, 46(19):4.

[3]宋磊. 可变倾角主动式太阳能集热系统设计及在日光温室的应用效果研究[D].西北农林科技大学,2021.DOI:10.27409/d.cnki.gxbnu.2021.000250.

[4]朱新宇,秦烨,张旭等.基于CPC型太阳能集热器在日光温室中的供暖应用及经济效益分析[J].北方园艺,2020(11):47-53.

[5]庞松若. 日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统研制[D].沈阳农业大学,2019.DOI:10.27327/d.cnki.gshnu.2019.000621.

[6]马承伟,赵淑梅,程杰宇等.日光温室太阳能热利用技术的能效分析[J].农业工程技术,2017,37(22):10-15.DOI:10.16815/j.cnki.11-5436/s.2017.22.001.

 基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练项目：基于太阳能热水循环对温室大棚温度的控制（项目编号：S202310223040）。

2、作者简介：田常青，田昌银，郝杭宇，赵世昌，席琰，周佳毅，黑龙江八一农垦大学  在校生。

通讯作者：李爱萍（1967- ），女，硕士，教授。研究方向：农业工程机械化、机械制图.