【经典工程】高寒地区平板太阳能大棚采暖
1前言
拉萨地处西藏中部稍偏东南，雅鲁藏布江中上游北部及其支流拉萨河流域及西北地区，高原温带半干旱季风气候。拉萨辐射强，日照时间长，年日照时数3000小时以上。6月是一年中温度最高的月份，平均气温为15.7℃，平均最高气温为22.9℃；1月是一年中最低的月份，平均气温为-2℃，平均最低气温-9.7℃。多年极端最高温度为29.6℃，极端最低气温-16.5℃，分别出现在6月和1 月，夏季无高温；干湿季明显，雨季降水集中，多为昼晴夜雨天气。
拉萨冬季气温较低，无法进行露天蔬菜种植，需要建造蔬菜大棚改善蔬菜种植环境。目前大棚温室主要采用煤炉供暖，对环境污染造成极大的危害。本文将介绍太阳能采暖运用到严寒地区大棚温室中的系统研究，探索其供暖技术、节能等问题。
2项目概况
该项目为城关区净土农业科技示范中心的中空玻璃光热连栋智能温室，项目建设时间为2015年，第一期面积为8800余平方米，项目采用新型建筑结构体系和新型建筑材料，温室大棚采暖方式为太阳能采暖系统。
3系统设计
3.1运行原理
系统包括太阳能集热系统、储热水箱、辅助能源系统、低温热水地板辐射采暖系统和控制系统。
中空玻璃光热连栋智能温室供热采暖系统原理图
3.2系统参数（如表1所示）
3.3采暖负荷
冬季采暖室外计算温度：-7℃
3.5集热器选型
该工程选用煜腾公司自主研发的免维护抗冻高效平板太阳能，特点如下：
（1）免维护、抗冻：集热器内部无焊点，单机采用物理抗冻，系统可直接走水，无需定期加注防冻液；工程机流道结构简单，管阻低，排空方便；
（2）高效：集热器瞬时效率截距86%，热效高，热损低。集热器直接安装在大棚斜屋面上，代替屋面，西藏的纬度为29°40'，因此本项目中集热器的安装角度最适宜为40°。
3.6储热水箱的设计
系统配置75t不锈钢储热水箱4台，水箱埋在地下，周围填充发泡聚氨酯。
4系统运行控制
4.1太阳能系统采用温差循环
（1）集热器温度T1-T2≥8℃时，循环泵P1启动，此时水箱A1中的水量减少，水箱A2中底部水流向A1，如此反复循环；
（2）集热器温度T1-T2≤3℃时，循环泵P1停止；
（3）水箱A3中的水温探头T3≤45℃（可调），循环泵P3启动，空气源机组开启；
（4）T3≥45℃时，空气源机组停止运行，循环泵P3停止运行。
4.2室内地暖系统运行
4.2.1工作逻辑
以6~18个温度采集点，以少数服从多数，采用双温控采集、地面温度和空间温度，室内各温控器显示当前地面或空间温度，可以翻阅设定温度和当前温度，防止弄乱，应统一安排至集中控制设定。控制原则是各采集点的温度上下值在3℃以内的为正常；各温度采集点之间的温度值偏差超过5℃以上视为故障并报警。
4.2.2控制逻辑
单纯地平内温度控制参照后的控制逻辑如采用8个采温点（一般不单独采用），地坪内温度设定上限50℃，设定温度基础5℃为过冲温度。当接入8 个采温点，设定温度为任意设定值（如20℃），8个都达到设定温度时停止供暖；7个达到设定值，一个采温点温度低于设定值1℃~2℃时停止供暖；8个采温点4个以上采温点温度降底2.5℃时启动供暖。
4.2.3 过冲情况控制
（1）3个以上温度过冲（超过设定值5℃），同时有三个以内低于设定值3℃的，输出报警信号（高音蜂鸣器，设置手动按钮消除警报），显示器显示故障代码DP+ 温控地址码或屏幕上对应地址闪烁，但不停止工作。
（2）4个以上温度过冲（超过设定值5℃），同时有三个以下低于设定值3℃的，输出报警信号（高音蜂鸣器，设置手动按钮消除警报）停止供暖，显示器显示故障代码DP+ 温控地址码或屏幕上对应地址闪烁，但不停止工作。
（3）8个采温点中有4 个以上采温点温度降低1.5℃时启动供暖，大于等于5 个地址达到过冲温度（3℃）但不超过3℃，少于等于3个低于设定值1℃~2℃时停止供暖，输出预警提示并显示所有的温度分布情况。
（4）4个地址温度过冲，4个地址温度过低（且低于3℃），输出报警信号（高音蜂鸣器，设置手动按钮消除警报，故障没有排除，只是手动消除报警的1小时后继续警报），显示器显示故障代码KQ+温控地址码或屏幕上对应地址闪烁，但不停止工作。
4.2.4双温度控制逻辑
8个采温点参照空气温度和地坪内温度控制。8个采温点地面温度没有达到设定值，空气温度全部达到设定值时停止供暖，8个采温点地面温度达到或超过设定值，空气温度接近设定值0.5℃时停止供暖，再次启动条件如下：
（1）大于等于4个以上的采温点都低于设定温度时（单个双温度采温点：地面温度降2℃以上，空气温度降0.5℃以上），空气温度优先；
（2）8个采温点地面温度降2℃~3℃时，空气温度没变化不启动供暖；
（3）8个采温点有地面温度4个以上降3℃~5℃时，4个以上空气温度降0.5℃时启动供暖。
（4）地面温度达到设定值且各采温点温差在2℃以内的，但空气温度低于设定温度5℃以上的且各采温点温差在2℃以内的，继续供暖，但输出预警，提示设定温度是否合理。空气温度优先。
（5）地面温度没有达到设定值且各采温点温差在2℃以内的，空气温度高于设定温度5℃以上的且各采温点温差在2℃以内的，停止供暖，输出预警，提示设定温度是否合理，空气温度优先。
4.2.5报警的情况
（1）地面温度没有达到设定值，各采温点之间的温度值偏差超过5℃以上且空气温度也没有达到设定值，各采温点之间的温度值偏差超过2℃以上的，继续工作并报出报警提示，显示器显示故障代码D+温控地址码或屏幕上对应地址闪烁。
（2）地面温度没有达到设定值，各采温点之间的温度值偏差超过5℃以上的、空气温度大于等于设定值的，停止供暖并报警提示，显示器显示故障代码D+ 温控地址码或屏幕上对应地址闪烁。
（3）其他保护输出：报警输出代码TD（地坪传感器）+ 采温点地址码TK（空气传感器）+采温点地址码水泵测故障（电流传感器检测），接触器或水泵损坏，水泵无工作电流，报警输出代码B1或B2。
5结语
此项目由中央财政投资近亿元，旨在解决拉萨地区冬季市民难以吃上新鲜蔬菜问题，是和“菜篮子”工程相辅相成的民生工程，也为西藏、新疆、甘肃、东三省等高寒地区的平板太阳能大棚采暖工程树立了标杆。
