常俊
摘要：為了提高冬季紅地球葡萄日光溫室抵御極端低溫天氣的能力，設計一種壁掛熱風爐。以柱狀錐頂火爐為熱源、熱風為媒介，在抽風機驅動下傳導熱能。應用后啟動迅速、升溫快，提高了冬季日光溫室抵御極端低溫天氣能力，保證了栽培作物正常生長，且制作簡單，安裝方便，節省空間，易于推廣。
關鍵詞：日光溫室；
熱風爐；
低溫；
設計；
應用
中圖分類號：TK229? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2023）01-0034-03
日光溫室為人們提供了大量的新鮮蔬菜、果品和其他農副產品，實現了蔬菜、果品等農副產品的反季節生產和周年供應，特別在寒冷的冬季，人們依然能吃上新鮮的蔬菜和果品。但在我國北方地區，日光溫室冬季生產面臨極端冰雪凍害天氣的影響。近年來，受全球氣候變化影響，極端冰雪凍害天氣出現頻率增多、時段異常，給日光溫室冬季生產造成一定損失，部分日光溫室因凍害減產甚至絕收，影響了果蔬的冬季市場持續、穩定供應和種植戶的收益。為了應對冬季極端冰雪凍害天氣對日光溫室生產的影響，日光溫室內應配備一定的加熱設施，以防范和抵御極端低溫對作物造成冷害或凍害。目前，我國北方地區日光溫室加熱應用最為普遍的是土炕[1]和暖氣[2]，也有利用大功率燈泡[3]加熱的報道，但在實際應用中均因體積大、成本高、維護難等問題，很難大面積推廣應用。在已有日光溫室加熱設備基礎上，設計一種日光溫室壁掛熱風爐，經試驗應用取得一定效果，為日光溫室冬季生產、抵御突發極端低溫天氣提供了高效加熱設備。
1 應用地與材料概述
1.1 應用地概況
應用地位于甘肅省天祝藏族自治縣打柴溝鎮金強河川區，該地海拔2 450～2 800 m，大陸性高原季風氣候，無霜期90～120 d，年日照時數2 600～2 800 h。雨熱同季，年降雨量400～600 mm，60%降雨集中在7—9月，年均氣溫2.8 ℃，4—10月平均氣溫＞10 ℃，1—3月和11—10月平均氣溫＜10 ℃，最低氣溫-18 ℃位于1月份，最高氣溫35 ℃位于8月份，晝夜溫差5～15 ℃。受氣溫和無霜期影響，傳統露地作物一年一熟，收獲后耕地長期閑置，利用率低，栽培效益難以提高。近年來通過技術創新，利用冷涼氣候資源、充足光照和日光溫室栽培設施，推行蔬菜、果品反季節延遲栽培，將西葫蘆、草莓、葡萄等產品采收期延遲至元旦、春節上市，栽培效益極高。
但在日光溫室生產中，冬季極端低溫頻發，常造成栽培作物減產或絕收。應用壁掛熱風爐有望解決這一問題。壁掛熱風爐安裝在長60 m，寬7.5 m，脊高3.8 m，空間容積926.28 m3的日光溫室內，室內栽植作物為5 a生紅地球葡萄，行距2 m，株距1 m，南北行向，“Y”樹形。
1.2 材料加工與安裝調試
制作日光溫室壁掛熱風爐的材料主要是鋼板、鋼管、角鐵、螺栓、螺母等。抽風機從市場購買成品組裝，加熱燃料主要為煤炭、枯枝、落葉等。制作方法主要為焊接、打孔和螺栓螺母固定，主要加工工具為電焊機和臺鉆。施工人員需具備一定的機械加工技能，能按設計圖紙加工、安裝、調試和應用。
1.3 應用性能評價
對日光溫室壁掛熱風爐進行最大升溫速率（℃/h）測定，以日光溫室內栽植作物5 a生紅地球葡萄為指示植物，對其生長狀況和空間利用情況進行直觀評價。
2 日光溫室壁掛熱風爐的設計和應用
1） 結構說明：日光溫室壁掛熱風爐如圖1至圖6所示。日光溫室壁掛熱風爐由火爐、T形散熱管Ⅰ、閥門、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管、電動機和抽風機組裝而成。火爐基部圓柱形，頂部圓錐體形，側壁設有圓形進料口和出灰口，內部橫截面設有網狀隔板。火爐通過制模鑄造而成，內壁附耐火泥土層。T形散熱管、T形散熱管Ⅱ均為橫截面圓形鋼管焊接而成，I形散熱管為橫截面圓形鋼管剪截而成，U形散熱管為橫截面圓形鋼管折彎而成。T形散熱管Ⅰ、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管頂端均焊接法蘭，用于相互連接。
2） 安裝說明：安裝日光溫室壁掛熱風爐時，先將火爐運入日光溫室緩沖房內，在日光溫室緩沖房屋頂打洞，依次將火爐頂端、T形散熱管Ⅰ垂直端、閥門、T形散熱管Ⅱ垂直端、抽風機和電動機沿火爐頂部垂直方向連接。然后，在日光溫室緩沖房側墻上打2個上下平行的洞，將兩根I形散熱管的一端分別從室內2個孔洞穿入緩沖間內，與T形散熱管Ⅰ和T形散熱管Ⅱ水平端對接，I形散熱管另一端根據日光溫室長度與多個I形散熱管依次連接，最終在日光溫室后墻上形成平行的I形散熱管組合體。平行的I形散熱管末端用U形散熱管連接，最終完成日光溫室壁掛熱風爐的安裝。
安裝過程中壁掛熱風爐各構件之間通過法蘭對接和螺栓固定，T形散熱管Ⅰ、T形散熱管Ⅱ、I形散熱管、U形散熱管通過角鐵焊接的L形支撐架，用膨脹螺絲固定在日光溫室和緩沖房墻面上。電動機用膨脹螺絲固定在日光溫室緩沖房混凝土屋頂。為了增加各構件的密封性，在安裝過程中法蘭之間需加裝石棉襯墊。
3） 應用說明：在日光溫室壁掛熱風爐應用前，先在火爐內填充煤炭、枯枝、落葉等燃料，打開閥門，引燃后再打開抽風機。待燃料旺盛燃燒后，關閉閥門，熱風通過水平I形散熱管進入日光溫室內實施加熱。日光溫室壁掛熱風爐在加熱預備期或作為日光溫室緩沖房取暖用途時，可作為普通火爐使用，即打開閥門，關閉抽風機，熱風（火煙）不經日光溫室內I形散熱管流動而直接從垂直T形散熱管Ⅰ和T形散熱管Ⅱ排出。
3 日光溫室壁掛熱風爐加工制造參數和性能指標
日光溫室壁掛熱風爐各構件的設計和加工制造參數遵循安裝方便、操作簡單、節省材料的原則。其加工制造參數見表1，性能指標見表2。
由表1所示，火爐設計高度90 cm，其中圓柱體高50 cm、圓錐體高40 cm、直徑60 cm，其作用是便于添加燃料，添加燃料時不彎腰，省力、省工、省時。I形散熱管長5 m，直徑20 cm，其作用是根據日光溫室長度自由組裝，用以滿足不同日光溫室的需要。抽風機葉輪直徑60 cm，電動機設計功率3 kW，其作用是便于快速升溫。火爐出灰口寬40 cm、高30 cm，火爐進料口直徑30 cm，其作用是便于出灰和進料，還可增加燃燒供氧量。
由表2所示，應用日光溫室壁掛熱風爐加熱，待爐體內煤炭旺盛燃燒時，最大升溫速率可達5 ℃/h，能在短期內提高溫度，提高了抵御極端低溫的時效性。利用栽植作物5 a生紅地球葡萄作為指示植物，生長狀況為正常生長，空間利用率高。
4 結語
在日光溫室內采取砌土炕或架設暖氣片等傳統方法進行加熱時，均利用熱輻射和熱水循環原理來實現熱能傳導，并在日光溫室冬季生產中發揮著積極作用。但也存在諸多不足，比如土炕占用空間大，密封性差，易泄露有害氣體。暖氣加熱時需連續運轉，否則管道內易結冰，造成管道和散熱片凍裂，且管道和散熱片強度要求高，建設和維護成本也高。采用大功率燈泡加熱的方法不僅耗費大量電能，對供電線路要求高，而且保險裝置易跳閘，存在火災隱患。在農業生產實踐中，日光溫室暖氣加熱裝置一般以水為媒介，升溫慢，維護成本高，難以滿足作物對熱能的需求。本研究設計的日光溫室壁掛熱風爐制作簡單、節省空間、安裝方便、易于推廣，它以熱風為熱能載體，可大大提高熱能傳輸速率和加熱效率，縮短熱能傳輸媒介預熱時間，升溫速率最高可達5 ℃/h。日光溫室壁掛熱風爐克服了暖氣加熱裝置的弊端，既可作為常規加熱設備，也可用作突發極端冰雪凍害天氣的應急設備。
參考文獻
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[2] 艾則麥提·圖爾洪，劉娜，趙晨陽.日光溫室網狀集散熱水循環系統應用效果試驗研究[J].農機化研究，2022，44（3）：165-170.
[3] 劉金郎.日光溫室沼氣燈加熱和LED燈補光試驗研究[J].農業科技與信息，2020（22）：67-68.
Design and Application of Wall-mounted Hot Air Furnace in Greenhouse Planted Red Globe Grape
CHANG Jun
（Xiama Station of Gansu Qilianshan National Nature Reserve Management and Protection Center， Tianzhu Gansu 733205， China）
Abstract：? In order to improve the ability of the red earth grape solar greenhouse to resist extreme low temperature weather in winter， a wall-mounted hot air furnace is designed， with the cylindrical cone top furnace as the heat source and hot air as the medium to conduct heat energy under the drive of the exhaust fan. After the application， the plant starts quickly and warms up quickly， which improves the ability of the solar greenhouse to resist the extreme low temperature weather in winter， and ensures the normal growth of cultivated crops， and is simple to make， easy to install， save space and easy to promote.
Key words：
solar; greenhouse; hot air furnace; low temperature; design; apply