基于熱電制冷的無(wú)土栽培溫控系統(tǒng)

熱電制冷技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療、航空航天、潛艇、船舶、家電等多個(gè)領(lǐng)域，但在農(nóng)業(yè)生物環(huán)境控制領(lǐng)域的應(yīng)用很少。筆者針對(duì)單株番茄樹特種栽培營(yíng)養(yǎng)液溫度控制中存在的問(wèn)題，研究開發(fā)了一套熱電制冷溫控系統(tǒng)，以解決植物栽培中營(yíng)養(yǎng)液夏季降溫和冬季加溫的問(wèn)題。

　　1 熱電制冷器的工作原理

　　熱電制冷器的基本元件是P型和N型半導(dǎo)體元件連接而成的熱電偶對(duì)。如圖1所示，當(dāng)熱電偶對(duì)中通以電流后，電子和空穴分別從金屬片3流入N和P型半導(dǎo)體，產(chǎn)生電子一空穴對(duì)時(shí)吸收的熱量大于通過(guò)金屬片3時(shí)產(chǎn)生的熱量，使金屬片3與P和N型半導(dǎo)體結(jié)合處的溫度降低，電絕緣層1成為冷端，物體2被冷卻。當(dāng)電子和空穴從N和P型半導(dǎo)體流入金屬片5時(shí)，電子和空穴結(jié)合放出的熱量大于帶走的熱量，使金屬片5和P,N型半導(dǎo)體的結(jié)合處的溫度升高，電絕緣層6成為熱端，物體8被加熱。所以熱電偶對(duì)在冷端吸收周圍介質(zhì)的熱量，實(shí)現(xiàn)制冷;在熱端散發(fā)熱量，加熱與之接觸的物體。電流方向改變，冷、熱端互換。實(shí)際使用時(shí)通常把幾個(gè)或上百個(gè)熱電偶對(duì)連接在一起，并加工成片狀，稱為熱電制冷器或熱電制冷片。

　　2 試驗(yàn)材料及方法

　　2.1 溫室

　　試驗(yàn)溫室為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院樓頂玻璃溫室。南北跨度7.3m，東西長(zhǎng)度23.2m;溫室覆蓋材料為雙層玻璃;頂部設(shè)置天窗自然通風(fēng);溫室內(nèi)設(shè)置內(nèi)保溫幕，外置遮陽(yáng)幕;南面安裝風(fēng)機(jī)，北面安裝濕簾，用于夏季溫室降溫。

　　圖2為溫室橫向剖面圖。

2.2 熱電溫控系統(tǒng)

　　熱電制冷設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)備采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)(圖3)，蓋板2為保溫性能良好的聚苯塑料板，以減小外界環(huán)境與流體之間的熱交換。上下蓋板利用螺栓連接，既保證了熱電制冷片6和銅板4的充分接觸，又減小了熱電制冷片與銅板之間的接觸熱阻。320mmx295mmx6mm(長(zhǎng)x寬x高)的橡膠墊3內(nèi)加工出5個(gè)平行排列(間距10mm)并相互導(dǎo)通的矩形槽(280mmx44mmx6mm)，主要起導(dǎo)流作用。