向陽，曾超塵，曹凡，吳明亮

(湖南農業(yè)大學工學院，湖南 長沙 410128)

高濕環(huán)境抑制植物的蒸騰和光合作用，從而影響植物對營養(yǎng)物質的吸收，并使病蟲害加重[1–3]。目前, 采用開門、開窗、溫室“扒縫”等自然通風手段對溫室進行降濕處理，仍然是最普遍的除濕方式[4]。這些除濕方式對濕度的可控程度低，特別是在冬季，除濕度難以調控外，還對大棚溫度產生不利影響。針對大棚濕度的調控，J.B.Campen 等[5]在溫室天溝中安裝通有冷水的翅片管，濕空氣在翅片表面冷凝，降低了濕度，但該裝置遮擋了3%的采光，同時降低了大棚的內部溫度，一定程度上影響了作物的生長。陳正法等[6]研制了空氣循環(huán)式蓄熱除濕裝置，將晴天大棚的濕熱空氣強制抽送到安放在土壤中的多個冷凝管中，除濕及保溫效果良好，但該方法存在建設施工量大、成本高及管道易銹蝕的問題；Rousse 等[7]針對加拿大魁北克的氣候條件，設計了一套通過交換室內外空氣，并運用熱交換原理回收室內空氣熱量的除濕系統(tǒng)，能量回收效率最高可達84%。

大棚除濕原則上應既降低相對濕度，又盡可能不引起溫度的變化[8–9]，同時，適度的強制通風還應有利于廢氣的排放[10]。筆者針對漂浮育苗溫室冬季濕度過高的問題，基于空氣熱交換原理，研制了強制通風保溫除濕系統(tǒng)，并在煙草漂浮育苗池進行了實際運行，現(xiàn)將結果報道如下。

1 漂浮育苗溫室蒸發(fā)特性

漂浮育苗溫室用營養(yǎng)液提供苗體生長所需的養(yǎng)分和水分[11]，棚內水汽主要來源于基質的水分蒸發(fā)和作物蒸騰作用的水分蒸發(fā)。冬季低溫時，使用增溫系統(tǒng)對漂浮育苗營養(yǎng)液進行加熱，可提供幼苗生長的適宜溫度、縮短育苗期，并提高煙苗素質[13]。采用這種增溫措施使水體溫度的增量比棚內空氣溫度的增量要大，導致漂浮育苗池營養(yǎng)液與棚內空氣的溫度差維持在一個比較高的水平，增加了土壤水分蒸發(fā)速率和植物冠層蒸騰水分蒸發(fā)速率[12]，使得棚內的濕度在開啟增溫系統(tǒng)后維持在較高水平。

2 熱交換換氣除濕系統(tǒng)的設計

2.1 熱交換換氣除濕機結構及工作原理

熱交換換氣除濕機主要由風機、換熱芯、表冷器等構成，如圖1 所示?？紤]本研究的主要目的為除濕，選擇顯熱交換方式，除濕機熱交換芯選用鋁質交叉板翅式結構。系統(tǒng)工作時，室內進風區(qū)風機和室外出風區(qū)風機轉動，室外低溫低濕空氣從室外進風口進入，室內進風口排出，室內高溫高濕空氣從室內出風口進入，室外出風口排出。2 種空氣在熱交換鋁芯處交叉流通后，對高溫室內空氣進行能量的回收，使室外低溫空氣溫度上升。室外低溫空氣通過熱水循環(huán)流通的表冷器后再次提高溫度，進入溫室大棚。

圖1 熱交換換氣除濕主機結構 Fig.1 The structure of heat-exchange ventilation dehumidifier

2.2 基于單片機的監(jiān)控系統(tǒng)

換氣除濕監(jiān)控系統(tǒng)由ARM7 單片機嵌入式系統(tǒng)和彩色觸摸屏組成(圖2)。系統(tǒng)通過多通道溫度及濕度傳感器實時采集大棚內外環(huán)境參數和表冷盤供水溫度、供水流量參數，并傳送至單片機。單片機結合人工對大棚相對濕度設定的目標參數，通過預置的控制算法對風機的轉速、開啟和結束以及表冷盤電磁閥的通斷等進行控制，實現(xiàn)自動控制。大棚的實時數據信息和除濕系統(tǒng)的運轉情況都可以在觸摸顯示屏上觀察得到。通過觸摸顯示屏還能人工輸入目標相對濕度，人工啟動和關閉風機和熱水閥，實現(xiàn)人工現(xiàn)場控制。

圖2 系統(tǒng)運轉模式界面 Fig.2 The interface of system operation mode

2.3 基于GPRS 網絡的遠程監(jiān)控系統(tǒng)

基于GPRS 網絡的遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖3 所示。單片機監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)境及工作參數數據，通過GPRS 網絡，自動提交到遠程服務器并保存在數據庫中。服務器采用WEB 頁面提供數據顯示與查詢，以方便用戶使用。用戶可以使用電腦、智能手機等，上網瀏覽網頁的設備，隨時隨地查看數據。用戶通過手機等終端設備(圖4)，查看溫室狀態(tài)與工作參數，并可遠程開啟或關閉溫室的熱水管路閥門，實現(xiàn)對加熱系統(tǒng)的控制。

圖3 GPRS 遠程監(jiān)控系統(tǒng) Fig.3 Principle of GPRS remote monitoring system

圖4 手機遠程監(jiān)控界面 Fig.4 Mobile remote monitoring interface

3 系統(tǒng)運行效果

3.1 試驗條件

2014年1月到3月，在湖南省衡陽市煙草公司僚塘育苗基地進行熱交換式除濕系統(tǒng)運行試驗。溫室大棚寬24 m，長48 m, 內設12個漂浮育苗營養(yǎng)池。選取地理位置、外部環(huán)境相同的2個大棚，1個安裝除濕系統(tǒng)，另外1個作為對照大棚。

3.2 除濕效果

由于除濕系統(tǒng)一般在濕度較高時開啟，在驗證除濕效果時沒有再加熱新風。表1 記錄1月23日至2月28日間開啟除濕系統(tǒng)當天記錄的各個時間段溫度和相對濕度的平均值。

不同天氣情況下，在除濕系統(tǒng)工作的時間段，試驗大棚的相對濕度都低于對照大棚，平均降低了6.7%。2月13日為雨轉多云天氣，2個大棚相對濕度相差17.5%；相差最低的為2月22日，雨天，差值為0。說明當室外濕度較高時，采用換氣除濕效果不理想。

表1 試驗大棚與對照大棚的相對濕度 Table 1 The humidity of experimentalgreenhouses and control ingreenhouse

3.3 能量回收效果

使用熱回收效率來衡量除濕系統(tǒng)的能量回收效果，熱回收效率=(進入溫室的新風溫度－溫室大棚外溫度)/(溫室大棚內的溫度－溫室大棚外溫度)。熱回收效率列于表2。

表2 結果表明，進入大棚的新風溫度都高于大棚外空氣溫度，棚外空氣在經過系統(tǒng)后溫度都有所上升，平均上升2.57℃。2月14日11：00 時上升了7.06℃，為最高上升值；2月13日17：00 時上升了1℃，為最低上升值。經過計算，平均熱回收效率為56.3%，最低為50.64%，最高為75.33%。

表2 試驗大棚的熱回收效率 Table 2 The temperature of experimentalgreenhouses inside and outside and heat average recovery of system

換熱式除濕系統(tǒng)工作，使大棚內外的空氣進行交換，保證了棚內空氣的新鮮。在煙苗6 葉期，按照YC/T142—1998，對試驗和對照大棚的24個苗池的煙苗的莖高和莖圍進行了采樣測量，與對照相比，試驗大棚煙苗莖高增加了0.4 mm，莖圍增加了0.6 mm。

4 結論與討論

根據熱交換原理，針對漂浮育苗大棚的內外環(huán)境因素，綜合經濟性和適應性，研制了熱交換式除濕系統(tǒng)，該系統(tǒng)運行結果表明：除濕系統(tǒng)在不同的天氣都有一定的除濕能力，試驗大棚較對照大棚相對濕度平均降低6.7%，但除濕能力會受到大棚外空氣相對濕度的影響；系統(tǒng)熱回收能力較好，大棚內溫度較大棚外的溫度平均升高2.57℃，平均熱回收效率為59.35%；除濕促進了煙苗的莖高和莖圍的增加。

冬季漂浮育苗大棚長期處于高濕狀態(tài)，除濕量大，所以風機一般處于滿負荷狀態(tài)，導致大棚內外空氣交換的速率變大，過高的空氣交換速率影響了冷熱空氣在交換芯的充分接觸，從而影響熱回收效率，導致能量的散失，造成浪費。需要針對漂浮育苗棚中水汽的產生速率，對系統(tǒng)的運行時間進行合理 分配。

熱交換式除濕系統(tǒng)的除濕能力對外部低濕空氣有一定的依賴性，隨著外部空氣相對濕度的升高，系統(tǒng)的除濕能力將會逐漸減弱。針對這一現(xiàn)象，綜合系統(tǒng)運行的經濟性，應適當加入冷凝或使用全熱交換等輔助除濕方式來增強系統(tǒng)的除濕效果；增加空氣均衡調控系統(tǒng)，使溫室大棚相對濕度和溫度調控更加均勻，保證系統(tǒng)運行效果均衡。

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