基于热电制冷的无土栽培温控系统

　　热电制冷设备结构设备采用对称结构(图3)，盖板2为保温性能良好的聚苯塑料板，以减小外界环境与流体之间的热交换。上下盖板利用螺栓连接，既保证了热电制冷片6和铜板4的充分接触，又减小了热电制冷片与铜板之间的接触热阻。320mmx295mmx6mm(长x宽x高)的橡胶垫3内加工出5个平行排列(间距10mm)并相互导通的矩形槽(280mmx44mmx6mm)，主要起导流作用。

　　热电制冷片采用杭州建华热电制冷集团有限公司生产的TEC-12706热电制冷片，共26片。其最大工作电流6A，电压15.4V，最大制冷量51.4W，最大温差67℃。根据王锦侠等的研究结果，确定设计参数为：制冷器热端最高温度45V-，冷端温度20°C，工作电压(DC)12Vo散热方式热电制冷片的制冷量和制冷系数与制冷片冷热端的温差密切相关，温差越大制冷量越小，制冷系数越低。对于特定的热电制冷片，散发掉热端的热量是提高热电制冷系数和增大热电制冷量的关键。由于控制对象为营养液，其水冷换热系数高，换热效果好，故采用水冷方式进行散热。

　　电源当直流电源的稳波系数小于10%时，热电制冷片的制冷性能较好。根据需要自制了1台电源，其交流输入电压(AC)220V，直流输出电压(DC)12V，最大电流300Ao测试仪器Datataker600数据采集仪和热敏电阻温度传感器，澳大利亚数据电子有限公司生产，其测量精度为士0.050C;ST5124环境温度控制器，美国Aerotech有限公司生产，可以直接控制继电器工作，控制精度士0.1℃;普通流量计、直流电压表、电流表等。

　　2.3 试验目的及方法

　　目的测试热电温控系统的制冷系数以及水流量对制冷系数的影响;试验验证热电温控系统的实际运行效果。

　　制冷系数的测试在电路中接入功率表，记下起始读数;利用数据采集仪和温度传感器记录和测量制冷水温度的变化。按式(1)计算制冷系数：

　　式中：m为制冷水的质量，kg;和T:分别为制冷水的初始温度和每次试验结束时的温度，℃;W为耗电量，J;。为水的比热容(假设为常数)。

　　试验设计试验采用2因素3水平的3X3正交试验设计方法，其中因素A为散热水流量，分别为4.5,5.8和7.1Lmin-1;因素B为制冷水流量，分别为5.6,8.9和11.2Lmin-1。制冷水初始温度为2610.5°C，散热水温度为2610.5°C。采用2个散热水箱(分别为进水箱和回水箱)盛放散热水，确保散热水温度恒定。制冷水箱箱体外加5cm厚的岩棉保温材料，减小周围环境与制冷水之间传热量，其内共35kg制冷水。数据采集间隔为1min,每次试验30min。试验原理见图4营养液温度控制试验营养液无土栽培系统主要由水泵、营养液槽、栽培槽、阀门、热电温控系统，以及循环管道等组成(图5)。试验中共采用2套营养液无土栽培系统，其中1套系统采用热电温控系统控制营养液温度，另外1套不采取任何温度控制措施，营养液配方相同。