煙草在線專(zhuān)稿　　[摘要]：利用水熱容大的特點(diǎn)，本研究擬采用加熱毯的加熱方式將熱導(dǎo)入漂浮育苗水池中，作為恒溫?zé)嵩?#xff1b;研究開(kāi)發(fā)低能耗的配套關(guān)鍵技術(shù)，解決和克服對(duì)低溫?zé)焻^(qū)育苗生長(zhǎng)發(fā)育的不利因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增加了反射膜和薄層處理的發(fā)熱毯有較高的絕熱、加溫性能，能夠大幅提高熱利用率；與配套技術(shù)結(jié)合使用，能夠降低棚內(nèi)晝夜溫差、降低低溫氣候?qū)ε飪?nèi)溫度的影響，并縮短育苗時(shí)間，節(jié)約能源和育苗成本。

　　[關(guān)鍵詞]：漂浮育苗；增溫裝置；絕熱反射層；熱能利用率

　　1　前言

　　大棚育苗中的漂浮育苗（水培法）是目前烤煙生產(chǎn)育苗的主要方式^[1]。云南、貴州、川南、湘西、鄂西南及桂西南屬于西南部煙區(qū)。該煙區(qū)地處云貴高原及其斜坡地帶，海拔多在1000-2000m，熱量豐富，降水充沛，現(xiàn)種植面積和總產(chǎn)量皆占全國(guó)一半左右，所種植的煙草無(wú)論烤煙和曬晾煙，在質(zhì)量上皆具優(yōu)勢(shì)。以四川涼山州為例，該煙區(qū)年均氣溫16℃～17℃，而煙草育苗集中在2月5日-2月25日，漂浮育苗前期氣溫較低，育苗前期無(wú)規(guī)律性的陰雨天氣也時(shí)有發(fā)生，同時(shí)氣溫波動(dòng)較大，存在營(yíng)養(yǎng)液水體溫度過(guò)低，甚至結(jié)冰現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)常導(dǎo)致育苗大棚中的溫度受到嚴(yán)重的影響，即使播種到出苗的平均氣溫維系在10-15℃左右，與育苗所需要的最佳溫度也有一定的差距^[2]，使育苗周期變長(zhǎng)，耗時(shí)費(fèi)工，同時(shí)也增加了育苗期間煙苗染毒染病的風(fēng)險(xiǎn)^[3]。這些對(duì)種子萌發(fā)以及幼苗和烤煙大田生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致煙葉質(zhì)量下降。亟需研究開(kāi)發(fā)能保證在育苗期間的漂浮育苗池的水溫和室溫的恒溫加熱技術(shù)，對(duì)提高煙草的育苗質(zhì)量和煙草質(zhì)量具有重要的實(shí)際意義。

　　現(xiàn)有的加熱技術(shù)多為鼓入熱空氣等的方法^[4]，局部提高大棚的溫度較有效，但由于空氣的熱容小，恒溫難，且能耗高^[5]。利用水的熱容大的特點(diǎn)，本研究擬采用加熱毯的加熱方式將熱導(dǎo)入漂浮育苗水池中，并作為保證大棚恒溫?zé)嵩?#xff0c;起到對(duì)育苗大棚的增溫、增濕和恒溫的作用，具有安全、穩(wěn)定、節(jié)能并能根據(jù)室外溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)大棚進(jìn)行控溫；通過(guò)研究新型的大棚恒溫技術(shù)，縮短育苗時(shí)間，促進(jìn)煙苗快速發(fā)育，保證移栽質(zhì)量，尋找漂浮育苗最適宜的增溫措施，及其對(duì)煙苗生長(zhǎng)所產(chǎn)生的影響，開(kāi)發(fā)低能耗提高漂浮育苗水體溫度的配套關(guān)鍵技術(shù)，解決和克服對(duì)低溫?zé)焻^(qū)育苗生長(zhǎng)發(fā)育的不利因素。

　　2 實(shí)驗(yàn)材料、裝置及方法

　　隨著人們對(duì)植物栽培技術(shù)的不斷改進(jìn)，已經(jīng)出現(xiàn)了對(duì)植物進(jìn)行人工加熱^[6]，以提高植物的發(fā)育生長(zhǎng)速度。目前使用最普遍、最廣泛的塑料大棚就是其中的代表之一，雖然塑料大棚制作簡(jiǎn)單，使用方便，但卻容易受天氣影響而不能及時(shí)對(duì)植物進(jìn)行升溫培養(yǎng)^[7]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，市面上出現(xiàn)了植物加熱墊，通過(guò)該加熱墊對(duì)植物進(jìn)行加熱保溫。現(xiàn)有的加熱墊是通過(guò)電熱絲來(lái)提供熱量，由于電熱絲的熱能是通過(guò)加熱墊的上下兩個(gè)方向傳導(dǎo)，因此植物所能獲得的熱量?jī)H僅是來(lái)自加熱墊向上的熱量，而加熱墊向下的熱量沒(méi)有得到有效利用，造成損失，發(fā)熱墊的熱量利用率低，耗電嚴(yán)重，而且加熱效果較差。因此，通過(guò)研究提供一種高效加熱墊：為解決現(xiàn)有加熱墊在加熱時(shí)只能利用向上傳遞的熱能，無(wú)法利用向下傳遞的熱能，造成能源浪費(fèi)，加熱效果差等問(wèn)題。

　　2.1 材料

　　電腦溫度記錄儀，功率輸出器，穩(wěn)壓電源，常規(guī)發(fā)熱墊，絕熱墊，保溫墊反射墊，育苗池膜，育苗棚膜，甲基溴拱架，育苗池，反射膜，熱電偶，繼電器。

　　2.2 絕熱加熱墊的設(shè)計(jì)

　　基本規(guī)格：整體尺寸為1.1m*3.3m，形狀為長(zhǎng)方形，以適應(yīng)育苗池大小鋪設(shè)以期對(duì)整個(gè)育苗池水體進(jìn)行均勻加熱；基本結(jié)構(gòu)：分四層，第一層是無(wú)紡布料，第二層是發(fā)熱層，第三層是無(wú)紡布料，第四層是反射材料，這四層材料是按照膠合的形式進(jìn)行加工，使四層材料緊緊的貼合在一起。圖1為研究所用高效防水加熱墊的斷面結(jié)構(gòu)圖，1為上、下絕緣層，2為加熱層，3為絕緣反射層。反射層的作用是將加熱層向下傳遞的熱能經(jīng)反射層向上反射，從而提高熱能利用率。

圖1　高效防水加熱墊的斷面結(jié)構(gòu)

　　各層材料的規(guī)格：

　　⑴正常材料加反射層：第一、三層各為200g無(wú)紡布材料，第二層是發(fā)熱線，第四層是反射層，如圖2所示；

　　⑵最上層用薄材料加反射層：第一層為50g毯芯無(wú)紡布，第二層為發(fā)熱線，第三層為200g無(wú)紡布，第四層是反射層，如圖3所示。

圖2

圖3

　　性能參數(shù)：加熱墊的設(shè)計(jì)功率是140W，使用正常電壓220V，安全標(biāo)準(zhǔn)是按照國(guó)內(nèi)的3C標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和后續(xù)生產(chǎn)，具有加熱均勻、功率低，使用安全、方便，使用壽命長(zhǎng)，可以連續(xù)進(jìn)行工作加熱，熱量盡可能向一個(gè)方向加熱等特點(diǎn)。

　　反射層：由鋁箔紙和一層薄薄的PVC層組成，而產(chǎn)品本身的材料為無(wú)紡布，無(wú)紡布的耐溫是180℃左右，而鋁箔紙的最高耐溫溫度是根據(jù)鋁箔紙的加工藝決定的，是在300℃左右，而PVC的最高耐溫是140-160℃；本產(chǎn)品發(fā)熱線本身在的加熱過(guò)程中的最高溫度是60℃左右，所以根據(jù)這些材料的產(chǎn)品特點(diǎn)，本改進(jìn)型加熱墊能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間對(duì)水體加熱的工作要求。把反射層放在最下層是由于放在第三層，緊貼著發(fā)熱線的話，由于反射層兩面都是光面，不好膠合，后續(xù)使用過(guò)程中容易脫開(kāi)，造成產(chǎn)品的損壞，加之發(fā)熱線是絕對(duì)不能散開(kāi)或幾條發(fā)熱線碰到一起，必須是按一定的規(guī)則進(jìn)行布線，這樣才會(huì)起到均勻加熱的效果，所以反射層只能是放在第四層。

　　2.3 實(shí)驗(yàn)方法

　　2.3.1 采用三種方案進(jìn)行對(duì)比測(cè)試：

　　T1：加熱毯直接放在水槽下面進(jìn)行直接加熱；

　　T2：加熱毯背面加反射層，使熱能盡可能的向上集中；

　　T3：加熱毯上面紡織料使用薄層進(jìn)行直接加熱；

　　T4：即上述改進(jìn)型加熱毯，第一層材料用薄材料，下面加反射層放在水槽底部進(jìn)行直接加熱，使熱能盡可能的向上集中。

　　實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件：本實(shí)驗(yàn)在恒溫空調(diào)房?jī)?nèi)進(jìn)行，溫度設(shè)定23℃下進(jìn)行，水溫初始溫度19.6℃。使用電腦溫度記錄儀和熱電偶組合，每10秒對(duì)育苗池前、中、后三個(gè)部位的水溫進(jìn)行一次測(cè)量記錄，并取每次測(cè)量的平均值進(jìn)行記錄處理。

表1四種處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　2.3.2對(duì)煙苗生長(zhǎng)影響測(cè)試：

　　將改進(jìn)型絕熱加熱墊（T4）鋪設(shè)于育苗用池膜之下，加熱墊下再鋪設(shè)1cm厚度的絕熱泡沫板，按常規(guī)育苗操作進(jìn)行放水、播種等操作，上部采用雙層空氣膜覆蓋，并加蓋遮陽(yáng)網(wǎng)。

　　通過(guò)熱電偶、繼電器和溫度控制儀的組合，控制水體溫度，具體為：可設(shè)置溫度上、下限，水溫低于所設(shè)下限通電加熱，加熱至上限以上溫度后自動(dòng)斷電，待水溫回落至下限溫度以下時(shí)，重新自動(dòng)通電加熱，可有效節(jié)能。

　　實(shí)驗(yàn)以相鄰未處理的一組育苗棚為對(duì)照進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩組育苗棚均選用云煙87號(hào)煙種。分別測(cè)定每日8：00、15：00和19：00的水溫、基質(zhì)溫、棚內(nèi)氣溫、外界氣溫以及煙苗長(zhǎng)勢(shì)情況。

　　3 結(jié)果與討論

表3　增溫速率、熱利用率計(jì)算結(jié)果

圖4時(shí)間-水溫曲線圖　

　　3.1 反射膜的影響

　　如圖4所示，僅有發(fā)熱功能的常規(guī)發(fā)熱墊和加了反射膜的發(fā)熱墊對(duì)比，兩組曲線均呈非線性變化，加反射膜組曲線始終略高于未處理組曲線，其中未處理組出現(xiàn)了較大波峰和波谷，而加反射膜組溫度上升比較均勻，全程均無(wú)較大波動(dòng)（后段出現(xiàn)較大波峰系為一起誤差范圍允值內(nèi)，可忽略），說(shuō)明反射膜在加熱全程中都有良好的絕熱、反射作用，平均溫度的升高速率升至34.57min/℃，水溫每上升1℃節(jié)約時(shí)間8.38min，熱利用率較常規(guī)發(fā)熱墊提升了24.25%，尤其加熱前段效果顯著。

　　3.2 薄層的影響

　　T2加熱前段在升溫趨勢(shì)上高于T1，但升溫趨勢(shì)相近，后期趨勢(shì)線明顯上揚(yáng)，說(shuō)明過(guò)后的上部絕緣層在加熱中、后期影響了熱能從發(fā)熱層到水體的有效傳導(dǎo)，進(jìn)行薄層處理之后，能夠有效提高熱能利用率，具體為水溫每上升1℃，可比T1節(jié)約6.94min，熱能利用率較T1升高19.30%。

　　另外，T3的趨勢(shì)線在發(fā)熱前期熱略低于T2，并且T3的平均熱利用率和平均增溫速率均低于T2，說(shuō)明薄層處理后，發(fā)熱墊的保溫絕熱效果可能有所下降。但是，T4組的溫度曲線和趨勢(shì)線全程均高于其他三組，說(shuō)明薄層處理和增加反射膜共同作用后彌補(bǔ)了這一缺陷，并且熱利用率和增溫速率在T2和　T3的基礎(chǔ)上有了顯著提高。

　　3.3 實(shí)際運(yùn)用中熱利用率的提高

圖5棚內(nèi)水溫、氣相溫、基質(zhì)溫以及外界氣溫隨時(shí)間變化圖

　　如圖所示，每天早晚外界氣溫波動(dòng)較大，加裝本裝置后，水溫、基質(zhì)溫以及氣相溫度波動(dòng)幅度較外界氣溫