基于熱電制冷的無土栽培溫控系統

熱電制冷技術已經廣泛地應用于醫療、航空航天、潛艇、船舶、家電等多個領域，但在農業生物環境控制領域的應用很少。筆者針對單株番茄樹特種栽培營養液溫度控制中存在的問題，研究開發了一套熱電制冷溫控系統，以解決植物栽培中營養液夏季降溫和冬季加溫的問題。

　　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型半導體元件連接而成的熱電偶對。如圖1所示，當熱電偶對中通以電流后，電子和空穴分別從金屬片3流入N和P型半導體，產生電子一空穴對時吸收的熱量大于通過金屬片3時產生的熱量，使金屬片3與P和N型半導體結合處的溫度降低，電絕緣層1成為冷端，物體2被冷卻。當電子和空穴從N和P型半導體流入金屬片5時，電子和空穴結合放出的熱量大于帶走的熱量，使金屬片5和P,N型半導體的結合處的溫度升高，電絕緣層6成為熱端，物體8被加熱。所以熱電偶對在冷端吸收周圍介質的熱量，實現制冷;在熱端散發熱量，加熱與之接觸的物體。電流方向改變，冷、熱端互換。實際使用時通常把幾個或上百個熱電偶對連接在一起，并加工成片狀，稱為熱電制冷器或熱電制冷片。

　　2 試驗材料及方法

　　2.1 溫室

　　試驗溫室為中國農業大學水利與土木工程學院樓頂玻璃溫室。南北跨度7.3m，東西長度23.2m;溫室覆蓋材料為雙層玻璃;頂部設置天窗自然通風;溫室內設置內保溫幕，外置遮陽幕;南面安裝風機，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

　　熱電制冷設備結構設備采用對稱結構(圖3)，蓋板2為保溫性能良好的聚苯塑料板，以減小外界環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x寬x高)的橡膠墊3內加工出5個平行排列(間距10mm)并相互導通的矩形槽(280mmx44mmx6mm)，主要起導流作用。