基于熱電制冷的無土栽培溫控系統

　　熱電制冷片采用杭州建華熱電制冷集團有限公司生產的TEC-12706熱電制冷片，共26片。其最大工作電流6A，電壓15.4V，最大制冷量51.4W，最大溫差67℃。根據王錦俠等的研究結果，確定設計參數為：制冷器熱端最高溫度45V-，冷端溫度20°C，工作電壓(DC)12Vo散熱方式熱電制冷片的制冷量和制冷系數與制冷片冷熱端的溫差密切相關，溫差越大制冷量越小，制冷系數越低。對于特定的熱電制冷片，散發掉熱端的熱量是提高熱電制冷系數和增大熱電制冷量的關鍵。由于控制對象為營養液，其水冷換熱系數高，換熱效果好，故采用水冷方式進行散熱。

　　電源當直流電源的穩波系數小于10%時，熱電制冷片的制冷性能較好。根據需要自制了1臺電源，其交流輸入電壓(AC)220V，直流輸出電壓(DC)12V，最大電流300Ao測試儀器Datataker600數據采集儀和熱敏電阻溫度傳感器，澳大利亞數據電子有限公司生產，其測量精度為士0.050C;ST5124環境溫度控制器，美國Aerotech有限公司生產，可以直接控制繼電器工作，控制精度士0.1℃;普通流量計、直流電壓表、電流表等。

　　2.3 試驗目的及方法

　　目的測試熱電溫控系統的制冷系數以及水流量對制冷系數的影響;試驗驗證熱電溫控系統的實際運行效果。

　　制冷系數的測試在電路中接入功率表，記下起始讀數;利用數據采集儀和溫度傳感器記錄和測量制冷水溫度的變化。按式(1)計算制冷系數：

　　式中：m為制冷水的質量，kg;和T:分別為制冷水的初始溫度和每次試驗結束時的溫度，℃;W為耗電量，J;。為水的比熱容(假設為常數)。

　　試驗設計試驗采用2因素3水平的3X3正交試驗設計方法，其中因素A為散熱水流量，分別為4.5,5.8和7.1Lmin-1;因素B為制冷水流量，分別為5.6,8.9和11.2Lmin-1。制冷水初始溫度為2610.5°C，散熱水溫度為2610.5°C。采用2個散熱水箱(分別為進水箱和回水箱)盛放散熱水，確保散熱水溫度恒定。制冷水箱箱體外加5cm厚的巖棉保溫材料，減小周圍環境與制冷水之間傳熱量，其內共35kg制冷水。數據采集間隔為1min,每次試驗30min。試驗原理見圖4營養液溫度控制試驗營養液無土栽培系統主要由水泵、營養液槽、栽培槽、閥門、熱電溫控系統，以及循環管道等組成(圖5)。試驗中共采用2套營養液無土栽培系統，其中1套系統采用熱電溫控系統控制營養液溫度，另外1套不采取任何溫度控制措施，營養液配方相同。