烟草在线专稿　　[摘要]：利用水热容大的特点，本研究拟采用加热毯的加热方式将热导入漂浮育苗水池中，作为恒温热源；研究开发低能耗的配套关键技术，解决和克服对低温烟区育苗生长发育的不利因素。实验结果表明：增加了反射膜和薄层处理的发热毯有较高的绝热、加温性能，能够大幅提高热利用率；与配套技术结合使用，能够降低棚内昼夜温差、降低低温气候对棚内温度的影响，并缩短育苗时间，节约能源和育苗成本。

　　[关键词]：漂浮育苗；增温装置；绝热反射层；热能利用率

　　1　前言

　　大棚育苗中的漂浮育苗（水培法）是目前烤烟生产育苗的主要方式^[1]。云南、贵州、川南、湘西、鄂西南及桂西南属于西南部烟区。该烟区地处云贵高原及其斜坡地带，海拔多在1000-2000m，热量丰富，降水充沛，现种植面积和总产量皆占全国一半左右，所种植的烟草无论烤烟和晒晾烟，在质量上皆具优势。以四川凉山州为例，该烟区年均气温16℃～17℃，而烟草育苗集中在2月5日-2月25日，漂浮育苗前期气温较低，育苗前期无规律性的阴雨天气也时有发生，同时气温波动较大，存在营养液水体温度过低，甚至结冰现象出现。经常导致育苗大棚中的温度受到严重的影响，即使播种到出苗的平均气温维系在10-15℃左右，与育苗所需要的最佳温度也有一定的差距^[2]，使育苗周期变长，耗时费工，同时也增加了育苗期间烟苗染毒染病的风险^[3]。这些对种子萌发以及幼苗和烤烟大田生长产生不利影响，导致烟叶质量下降。亟需研究开发能保证在育苗期间的漂浮育苗池的水温和室温的恒温加热技术，对提高烟草的育苗质量和烟草质量具有重要的实际意义。

　　现有的加热技术多为鼓入热空气等的方法^[4]，局部提高大棚的温度较有效，但由于空气的热容小，恒温难，且能耗高^[5]。利用水的热容大的特点，本研究拟采用加热毯的加热方式将热导入漂浮育苗水池中，并作为保证大棚恒温热源，起到对育苗大棚的增温、增湿和恒温的作用，具有安全、稳定、节能并能根据室外温度进行调节的特点，实现对整个大棚进行控温；通过研究新型的大棚恒温技术，缩短育苗时间，促进烟苗快速发育，保证移栽质量，寻找漂浮育苗最适宜的增温措施，及其对烟苗生长所产生的影响，开发低能耗提高漂浮育苗水体温度的配套关键技术，解决和克服对低温烟区育苗生长发育的不利因素。

　　2 实验材料、装置及方法

　　随着人们对植物栽培技术的不断改进，已经出现了对植物进行人工加热^[6]，以提高植物的发育生长速度。目前使用最普遍、最广泛的塑料大棚就是其中的代表之一，虽然塑料大棚制作简单，使用方便，但却容易受天气影响而不能及时对植物进行升温培养^[7]。为了解决这个问题，市面上出现了植物加热垫，通过该加热垫对植物进行加热保温。现有的加热垫是通过电热丝来提供热量，由于电热丝的热能是通过加热垫的上下两个方向传导，因此植物所能获得的热量仅仅是来自加热垫向上的热量，而加热垫向下的热量没有得到有效利用，造成损失，发热垫的热量利用率低，耗电严重，而且加热效果较差。因此，通过研究提供一种高效加热垫：为解决现有加热垫在加热时只能利用向上传递的热能，无法利用向下传递的热能，造成能源浪费，加热效果差等问题。

　　2.1 材料

　　电脑温度记录仪，功率输出器，稳压电源，常规发热垫，绝热垫，保温垫反射垫，育苗池膜，育苗棚膜，甲基溴拱架，育苗池，反射膜，热电偶，继电器。

　　2.2 绝热加热垫的设计

　　基本规格：整体尺寸为1.1m*3.3m，形状为长方形，以适应育苗池大小铺设以期对整个育苗池水体进行均匀加热；基本结构：分四层，第一层是无纺布料，第二层是发热层，第三层是无纺布料，第四层是反射材料，这四层材料是按照胶合的形式进行加工，使四层材料紧紧的贴合在一起。图1为研究所用高效防水加热垫的断面结构图，1为上、下绝缘层，2为加热层，3为绝缘反射层。反射层的作用是将加热层向下传递的热能经反射层向上反射，从而提高热能利用率。

图1　高效防水加热垫的断面结构

　　各层材料的规格：

　　⑴正常材料加反射层：第一、三层各为200g无纺布材料，第二层是发熱线，第四层是反射层，如图2所示；

　　⑵最上层用薄材料加反射层：第一层为50g毯芯无纺布，第二层为发熱线，第三层为200g无纺布，第四层是反射层，如图3所示。

图2

图3

　　性能参数：加热垫的设计功率是140W，使用正常电压220V，安全标准是按照国内的3C标准要求进行设计和后续生产，具有加热均匀、功率低，使用安全、方便，使用寿命长，可以连续进行工作加热，热量尽可能向一个方向加热等特点。

　　反射层：由铝箔纸和一层薄薄的PVC层组成，而产品本身的材料为无纺布，无纺布的耐温是180℃左右，而铝箔纸的最高耐温温度是根据铝箔纸的加工艺决定的，是在300℃左右，而PVC的最高耐温是140-160℃；本产品发热线本身在的加热过程中的最高温度是60℃左右，所以根据这些材料的产品特点，本改进型加热垫能够满足长时间对水体加热的工作要求。把反射层放在最下层是由于放在第三层，紧贴着发热线的话，由于反射层两面都是光面，不好胶合，后续使用过程中容易脱开，造成产品的损坏，加之发热线是绝对不能散开或几条发热线碰到一起，必须是按一定的规则进行布线，这样才会起到均匀加热的效果，所以反射层只能是放在第四层。

　　2.3 实验方法

　　2.3.1 采用三种方案进行对比测试：

　　T1：加热毯直接放在水槽下面进行直接加热；

　　T2：加热毯背面加反射层，使热能尽可能的向上集中；

　　T3：加热毯上面纺织料使用薄层进行直接加热；

　　T4：即上述改进型加热毯，第一层材料用薄材料，下面加反射层放在水槽底部进行直接加热，使热能尽可能的向上集中。

　　实验环境条件：本实验在恒温空调房内进行，温度设定23℃下进行，水温初始温度19.6℃。使用电脑温度记录仪和热电偶组合，每10秒对育苗池前、中、后三个部位的水温进行一次测量记录，并取每次测量的平均值进行记录处理。

表1四种处理的实验结果

　　2.3.2对烟苗生长影响测试：

　　将改进型绝热加热垫（T4）铺设于育苗用池膜之下，加热垫下再铺设1cm厚度的绝热泡沫板，按常规育苗操作进行放水、播种等操作，上部采用双层空气膜覆盖，并加盖遮阳网。

　　通过热电偶、继电器和温度控制仪的组合，控制水体温度，具体为：可设置温度上、下限，水温低于所设下限通电加热，加热至上限以上温度后自动断电，待水温回落至下限温度以下时，重新自动通电加热，可有效节能。

　　实验以相邻未处理的一组育苗棚为对照进行实验，两组育苗棚均选用云烟87号烟种。分别测定每日8：00、15：00和19：00的水温、基质温、棚内气温、外界气温以及烟苗长势情况。

　　3 结果与讨论

表3　增温速率、热利用率计算结果

图4时间-水温曲线图　

　　3.1 反射膜的影响

　　如图4所示，仅有发热功能的常规发热垫和加了反射膜的发热垫对比，两组曲线均呈非线性变化，加反射膜组曲线始终略高于未处理组曲线，其中未处理组出现了较大波峰和波谷，而加反射膜组温度上升比较均匀，全程均无较大波动（后段出现较大波峰系为一起误差范围允值内，可忽略），说明反射膜在加热全程中都有良好的绝热、反射作用，平均温度的升高速率升至34.57min/℃，水温每上升1℃节约时间8.38min，热利用率较常规发热垫提升了24.25%，尤其加热前段效果显著。

　　3.2 薄层的影响

　　T2加热前段在升温趋势上高于T1，但升温趋势相近，后期趋势线明显上扬，说明过后的上部绝缘层在加热中、后期影响了热能从发热层到水体的有效传导，进行薄层处理之后，能够有效提高热能利用率，具体为水温每上升1℃，可比T1节约6.94min，热能利用率较T1升高19.30%。

　　另外，T3的趋势线在发热前期热略低于T2，并且T3的平均热利用率和平均增温速率均低于T2，说明薄层处理后，发热垫的保温绝热效果可能有所下降。但是，T4组的温度曲线和趋势线全程均高于其他三组，说明薄层处理和增加反射膜共同作用后弥补了这一缺陷，并且热利用率和增温速率在T2和　T3的基础上有了显著提高。

　　3.3 实际运用中热利用率的提高

图5棚内水温、气相温、基质温以及外界气温随时间变化图

　　如图所示，每天早晚外界气温波动较大，加装本装置后，水温、基质温以及气相温度波动幅度较外界气温