煙草在線專稿　　[摘要]：利用水熱容大的特點，本研究擬采用加熱毯的加熱方式將熱導入漂浮育苗水池中，作為恒溫熱源；研究開發低能耗的配套關鍵技術，解決和克服對低溫煙區育苗生長發育的不利因素。實驗結果表明：增加了反射膜和薄層處理的發熱毯有較高的絕熱、加溫性能，能夠大幅提高熱利用率；與配套技術結合使用，能夠降低棚內晝夜溫差、降低低溫氣候對棚內溫度的影響，并縮短育苗時間，節約能源和育苗成本。

　　[關鍵詞]：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。該煙區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，現種植面積和總產量皆占全國一半左右，所種植的煙草無論烤煙和曬晾煙，在質量上皆具優勢。以四川涼山州為例，該煙區年均氣溫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，育苗前期無規律性的陰雨天氣也時有發生，同時氣溫波動較大，存在營養液水體溫度過低，甚至結冰現象出現。經常導致育苗大棚中的溫度受到嚴重的影響，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，耗時費工，同時也增加了育苗期間煙苗染毒染病的風險^[3]。這些對種子萌發以及幼苗和烤煙大田生長產生不利影響，導致煙葉質量下降。亟需研究開發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，對提高煙草的育苗質量和煙草質量具有重要的實際意義。

　　現有的加熱技術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，本研究擬采用加熱毯的加熱方式將熱導入漂浮育苗水池中，并作為保證大棚恒溫熱源，起到對育苗大棚的增溫、增濕和恒溫的作用，具有安全、穩定、節能并能根據室外溫度進行調節的特點，實現對整個大棚進行控溫；通過研究新型的大棚恒溫技術，縮短育苗時間，促進煙苗快速發育，保證移栽質量，尋找漂浮育苗最適宜的增溫措施，及其對煙苗生長所產生的影響，開發低能耗提高漂浮育苗水體溫度的配套關鍵技術，解決和克服對低溫煙區育苗生長發育的不利因素。

　　2 實驗材料、裝置及方法

　　隨著人們對植物栽培技術的不斷改進，已經出現了對植物進行人工加熱^[6]，以提高植物的發育生長速度。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單，使用方便，但卻容易受天氣影響而不能及時對植物進行升溫培養^[7]。為了解決這個問題，市面上出現了植物加熱墊，通過該加熱墊對植物進行加熱保溫。現有的加熱墊是通過電熱絲來提供熱量，由于電熱絲的熱能是通過加熱墊的上下兩個方向傳導，因此植物所能獲得的熱量僅僅是來自加熱墊向上的熱量，而加熱墊向下的熱量沒有得到有效利用，造成損失，發熱墊的熱量利用率低，耗電嚴重，而且加熱效果較差。因此，通過研究提供一種高效加熱墊：為解決現有加熱墊在加熱時只能利用向上傳遞的熱能，無法利用向下傳遞的熱能，造成能源浪費，加熱效果差等問題。

　　2.1 材料

　　電腦溫度記錄儀，功率輸出器，穩壓電源，常規發熱墊，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 絕熱加熱墊的設計

　　基本規格：整體尺寸為1.1m*3.3m，形狀為長方形，以適應育苗池大小鋪設以期對整個育苗池水體進行均勻加熱；基本結構：分四層，第一層是無紡布料，第二層是發熱層，第三層是無紡布料，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構圖，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構

　　各層材料的規格：

　　⑴正常材料加反射層：第一、三層各為200g無紡布材料，第二層是發熱線，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毯芯無紡布，第二層為發熱線，第三層為200g無紡布，第四層是反射層，如圖3所示。

圖2

圖3

　　性能參數：加熱墊的設計功率是140W，使用正常電壓220V，安全標準是按照國內的3C標準要求進行設計和后續生產，具有加熱均勻、功率低，使用安全、方便，使用壽命長，可以連續進行工作加熱，熱量盡可能向一個方向加熱等特點。

　　反射層：由鋁箔紙和一層薄薄的PVC層組成，而產品本身的材料為無紡布，無紡布的耐溫是180℃左右，而鋁箔紙的最高耐溫溫度是根據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℃；本產品發熱線本身在的加熱過程中的最高溫度是60℃左右，所以根據這些材料的產品特點，本改進型加熱墊能夠滿足長時間對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，緊貼著發熱線的話，由于反射層兩面都是光面，不好膠合，后續使用過程中容易脫開，造成產品的損壞，加之發熱線是絕對不能散開或幾條發熱線碰到一起，必須是按一定的規則進行布線，這樣才會起到均勻加熱的效果，所以反射層只能是放在第四層。

　　2.3 實驗方法

　　2.3.1 采用三種方案進行對比測試：

　　T1：加熱毯直接放在水槽下面進行直接加熱；

　　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行直接加熱；

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

　　實驗環境條件：本實驗在恒溫空調房內進行，溫度設定23℃下進行，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秒對育苗池前、中、后三個部位的水溫進行一次測量記錄，并取每次測量的平均值進行記錄處理。

表1四種處理的實驗結果

　　2.3.2對煙苗生長影響測試：

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

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

　　實驗以相鄰未處理的一組育苗棚為對照進行實驗，兩組育苗棚均選用云煙87號煙種。分別測定每日8：00、15：00和19：00的水溫、基質溫、棚內氣溫、外界氣溫以及煙苗長勢情況。

　　3 結果與討論

表3　增溫速率、熱利用率計算結果

圖4時間-水溫曲線圖　

　　3.1 反射膜的影響

　　如圖4所示，僅有發熱功能的常規發熱墊和加了反射膜的發熱墊對比，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，全程均無較大波動（后段出現較大波峰系為一起誤差范圍允值內，可忽略），說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℃節約時間8.38min，熱利用率較常規發熱墊提升了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上高于T1，但升溫趨勢相近，后期趨勢線明顯上揚，說明過后的上部絕緣層在加熱中、后期影響了熱能從發熱層到水體的有效傳導，進行薄層處理之后，能夠有效提高熱能利用率，具體為水溫每上升1℃，可比T1節約6.94min，熱能利用率較T1升高19.30%。

　　另外，T3的趨勢線在發熱前期熱略低于T2，并且T3的平均熱利用率和平均增溫速率均低于T2，說明薄層處理后，發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線全程均高于其他三組，說明薄層處理和增加反射膜共同作用后彌補了這一缺陷，并且熱利用率和增溫速率在T2和　T3的基礎上有了顯著提高。

　　3.3 實際運用中熱利用率的提高

圖5棚內水溫、氣相溫、基質溫以及外界氣溫隨時間變化圖

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