溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

上世紀八十年代初期,空調還不似現在這樣普及,電風扇在夏季不太熱的地區還真能管用,但若放到西安這種夏熱冬冷的地區,真正酷暑來臨時,電風扇吹過來的都是熱風,一點作用都沒有,更何況那時的農村,很多地區都還沒通上電,個別通了電的農村,也老是斷電,那麼,那時侯的人們,是怎樣熬過酷暑難耐的夏天的呢?

每年春天,母親都會帶著我和弟弟在房前屋後栽樹,那時的農村非常窮,也沒有自來水,吃水還要到幾百米外去挑,正所謂窮山惡水出刁民,村民大多也不願看到別人家的煙囪冒煙,今天栽下去的樹,明天可能就會屍首無存,至於有意無意給你弄斷、弄死的,更不在話下,我家門前現在的那顆大梧桐樹,就是三十多年前栽的,那年母親買了十顆樹,這是唯一存活下來的一顆。

溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

每逢下雨的時候,母親都會讓我們把家裡的盆盆罐罐接上水,一是用來洗衣服,二是用來澆樹,三是夏日來臨時,用於地面灑水降溫。

夏日夜幕降臨時,母親就會安排我和弟弟洗澡,一個大鐵盆,白天曬上一盆水,晚上就可以用來洗澡了,沒有太陽的日子,就用大鐵鍋燒水用,洗完澡的水一般都會灑到院子裡,然後我和弟弟就開始在院子裡搭床,兩個板凳,三塊木板,一張床就搭好了,寬度夠兩個人休息,此外還有兩把太師椅和兩個方凳,組合起來,也夠一個人躺臥,為了減少蚊蟲的叮咬,亦為了涼快,母親會在床邊放兩盆水,直到後半夜我們覺得有點冷了,才會回房休息。

母親只念過初中(考上了高中,我外爺沒錢供,只好不念了),我那時還小,也不懂得為什麼床邊放盆涼水就能降溫的道理。那時我天真地認為,水是涼的,可以吸收空氣中的熱量,從而達到了降溫的目的。

溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

長大後讀的書多了,才明白水在任何溫度下,都是可以蒸發的,液態水變成氣態水的過程中,會吸收大量的熱量,母親在床邊放兩盆水就能降溫也正是基於此原理,這就是相變。水的蒸發量與水體與空氣的接觸面積成正比,與空氣中水的含量成反比。

在明白了上述原理後,夏季降溫就變得簡單多了,我不再滿足於晚上睡前在屋內放一盆水,也懶得一遍又一遍的拖地,在條件允許的情況下,我改向室內地面潑水,潑水深度一般控制在3毫米之內,然後開啟窗戶,讓風來帶走屋內的水汽,從而達到降溫和除溼的目的。

結合到我目前正在從事的事業——大棚太陽能採暖、降溫、除溼,從理論上來說,只要大棚內的敞開水體面積配置合理,就能實現棚內白天和夜間溫度相對穩定的目的。

溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

白天太陽能集熱器吸收太陽輻射熱量及棚內空氣中的熱量,從而加熱水體;棚內空氣中的水蒸汽在集熱器中的低溫水的作用下在集熱器表面冷凝,回到地面;棚內水體在太陽輻射和太陽能集熱器的加持下,蒸發量增大,從而帶走棚內低空區的熱量。夜間棚內水體的蒸發帶走水體的熱量,水蒸汽遇到溫度較低的棚膜在其表面冷凝,又流回地面,冷凝放熱的過程,可以起到加熱棚內空氣的目的;若是棚內夜間氣溫過低,還可以啟動迴圈泵,以棚內水體加熱太陽能集熱器,向棚內空氣中放熱,此時的太陽能集熱器就相當於一個個大型散熱器。

水的載熱量是非常恐怖的,一噸水升溫或降溫1℃,可以吸收或釋放1.167KWh的熱量;一噸水蒸發或一噸水蒸汽冷凝,可以吸收或釋放600~650KWh的熱量(水溫不同);一噸0℃的水結冰或一噸0℃的冰熔化,可以釋放或吸收93.056KWh的熱量。

那些年,我們的生活還過得非常苦,冬季住人的屋子燒個炕,條件好點的人家才會在屋內生火,我們的廚房內沒有任何取暖設施,進去做飯時,發現並不是特別冷(相對室外),為什麼呢?那是因為廚房內有個大水缸,除了特別特別冷的年份,我們水缸就不會被冰裂,水缸裡的水通常只會在表面結一層冰。那時的我還不懂水的相變吸放熱原理,否則一口水缸我也不會讓它凍裂,辦法很簡單,冬季我只需把水缸上的蓋子拿掉即可,當然前提條件是廚房足夠乾淨,門窗封閉足夠嚴實,否則水就不能喝了。

溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

言歸正傳,我們繼續來說大棚採暖、降溫的事。大棚是一個相對密閉的環境,棚內除非用於水產養殖,不可能有那麼多的敞開水面,其次作物的生長不止需要溫度,還需要適宜的溼度,敞開水體面積愈大,棚內空氣的溼度也愈大,這顯然是不利於大多數農作物的生長的。

雖然我現在正在給山東聊城的試驗棚內做地暖,但說實話,我非常擔心這種超低溫(供暖水溫25℃,大多數植物的根部最高適溫)、小溫差(2-3℃)條件下,地暖的吸散熱能力。地暖管中水的流速即使達到0。8米/秒(地暖管中水的流速宜控制在0。25-0。8米/秒),3℃溫差,每米地暖管的吸散熱極限也僅有27W,1。5畝的大棚,地暖管布了4100米,計劃是4500米,但由於人工開挖溝施工不規範,導致只能布4100米(從沒幹過這類活的一幫女工,這也夠難為她們的了),滿打滿算,每小時的儲熱能力僅有110。7KW/h,冬季太陽能集熱器吸熱和地暖工作時長按6小時計算,也僅能向地下儲存664。2KWh的熱量,這麼點熱量,碰到連續兩個陰天,大棚夜間最低氣溫也不會低於15℃,但若是碰到連續7、8天的陰雨天氣呢?地溫不用考慮,即便是陰上十天半個月,地溫也會維持在10℃以上,因為土壤的儲熱能力非常強悍。

溫室大棚,利用純太陽能超低溫土壤供熱,技術難點淺析及應對策略

大棚挖溝埋地暖管

為了給果蔬營造一個舒適的生存環境,這套系統我設計有一個30KW的電輔熱,但這並不是我的初衷,因為電加熱太費錢了,一天開上10個小時,就是300度電啊,這誰能負擔的起?

既然號稱是太陽能溫室,那最好就是純太陽能供暖,即除迴圈泵用電外,不依靠其它能源提供熱量!辦法當然有,那就是增加棚內水體的體積與與空氣接觸的表面積,在這個大棚中,我設計有20方的水池,水池面積為18平方米,這個設計是否合理,現在還不得知,只有試過了才知道到底效果怎麼樣?

所以說,我現在做的這個事,能不能成功(完全不依靠其它能源提供熱量)還有待考證,但需要大把花錢卻是勿庸置疑的,用支援我搞此項實驗的周總的話說:

我們做這個事,不是為了賺多少錢,而是為了徹底解決大棚低成本採暖、降溫、除溼的難題,讓全國的種、養殖戶們都能賺到更多的錢,讓全國人民都能吃到更綠色、更廉價、更新鮮果蔬和肉、蛋類產品。