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石墨烯遠紅外電暖在蔬菜集約化育苗中的應用初探與前景分析

深冬季節,對于從事蔬菜育苗産的朋友來說,想必都有同樣的煩惱,那就是設施内溫度容易偏低。要是碰上陰雨和下雪天氣,溫度低,濕度大,苗不長不說,還容易生病。如何做好育苗保溫工作對于育苗大戶和育苗單位來說,非常重要。

傳統增溫方式有燃煤水熱、燃油風熱和電熱線(毯)、電熱風等,由于高能耗、低安全、不環保、安裝複雜、專業操作技術性強等問題,緻使種苗成本較高,不利于規模化生産,也不符合我國低碳經濟政策要求。

今天小編就跟大家介紹一種能在蔬菜集約化育苗上應用的綠色環保新能源——石墨烯遠紅外電暖加溫,它既能減少育苗設施大量燃煤供暖造成的環境污染,又能解決苗床溫度穩定性問題,具有廣闊的應用前景。

一、什麼是石墨烯遠紅外電暖加溫?

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出來的單層碳原子材料,有着超強的導熱性和優異的電學性能,作為熱電材料目前主要應用于地暖、暖畫、理療暖貼和發熱服裝等。

石墨烯電熱加溫闆使用的是一種通電後即能發熱的石墨烯水性碳納米材料,發熱過程中會輻射大量波長為8~14μm的遠紅外線,能被生物體有效吸收(植物最适宜的遠紅外生命光線為6~14μm)。

石墨烯遠紅外電暖工程的有效電熱能總轉換率達99%以上,發熱性能穩定長久,與傳統鍋爐相比可節省30%~50%的能耗。

二、它在蔬菜集約化育苗中應用效果如何?

安徽宿州市農業科學院及宿州市埇橋區農業技術推廣中心的工作人員針對石墨烯遠紅外電暖加溫的應用效果,于2017年12月在宿州市蔬樂園農業科技有限公司育苗基地進行了安裝試驗示範。

試驗溫室為PC闆連棟溫室,面積3168平方米,内部四周用絲綿被保溫。溫室内有移動苗床59個,總面積2171.7平方米,苗床上搭建小拱棚,4絲農膜覆蓋,夜間加蓋保溫被。

石墨烯遠紅外電暖在蔬菜集約化育苗中的應用初探與前景分析

▲石墨烯遠紅外電暖安裝和使用效果

試驗采用地面式石墨烯電熱闆(宿州新研石墨烯工貿有限公司提供),産品額定功率330W,規格(長×寬×厚)為300cm×50cm×6cm,按苗床方向安裝在苗床下面的橫支撐上,電熱闆面積∶苗床面積為1∶4,電熱闆距離苗床底部約40cm。

試驗配套安裝了石墨烯遠紅外電熱闆自動控制系統,每個移動苗床安裝1個自動控溫儀和控制開關,設定分時分區控制,溫度區間可自動設置調控,溫度經設定後可自動調節室内溫度,達到恒溫效果。設定石墨烯電熱闆表面溫度恒溫45℃,預計在室外低溫-2℃以下時室内溫度可以達到10~35℃,苗床棚内溫度控制在夜間15~25℃、白天25~35℃。以西瓜嫁接育苗為試材,對石墨烯遠紅外電暖在西瓜集約化育苗中的應用效果進行觀測記錄,包括溫濕度、種苗生長狀況等。

1、應用效果

(1)增溫效果

從記錄結果看,在夜間室外溫度-15~-2℃的情況下,室内溫度整體可達到2~15℃,育苗床上小拱棚内溫度可達16~26℃,正常維持在21℃,增溫效果穩定。按需求預置恒溫數據,以保證西瓜嫁接苗順利越冬生長。

(2)育苗效果

2017年12月26日接穗播種、12月31日砧木播種,2018年1月6日開始嫁接,至2月3日西瓜嫁接苗達到三葉一心的壯苗标準,曆時38天。整個管理過程為苗床每隔1天補水1次,不施肥,沒有病菌感染,苗壯葉旺,長勢良好。通過石墨烯遠紅外電暖加溫後,種子出苗率達到98%左右,嫁接苗成活率達到98%以上,與普通加熱方法種苗80%左右的出苗率相比較提高10%。

應用石墨烯遠紅外電暖加熱過程中,沒有進行消毒、噴灑農藥、施肥等工序,根壯苗旺,大大減少人工作業,降低生産成本。同時也縮短了種苗培育時間,石墨烯遠紅外電暖加溫與其他加溫方式相比,西瓜嫁接苗提前10~15天出圃,且長勢良好。

2、成本分析

(1)安裝成本 

石墨烯遠紅外電暖系統的安裝成本包括電熱闆、智能溫控儀及安裝、調試費等,折計成電熱闆價格約合每片560.00元,共安裝使用365片,投入20.44萬元,折合單位造價為64.52元/平方米。

該試驗溫室原安裝燃煤鍋爐供暖系統,包括2.5噸鍋爐和配套的鍋爐房、熱水管道、管道熱水泵、散熱器(鍍鋅翹片管)、高溫水閥等,投入24.12萬元,折合單位造價為76.14元/平方米。石墨烯遠紅外電暖與燃煤鍋爐水暖安裝成本相當,沒有進行變壓器增容。

(2)應用成本

經測算,該石墨烯遠紅外電暖系統的日加溫費用為672元。之前采用燃煤鍋爐供暖的話,考慮到每天用煤的投入及鍋爐工作人員每天的工資,測算得到的每天綜合費用超過1000元,費工費力不安全。

工作人員還對石墨烯遠紅外電暖和電熱線加溫效果進行了比較,取相鄰2個相同規格的苗床(1.8m×17.5m)分别安裝4盤電熱線(1000W)和4片石墨烯電熱闆(330W,300cm×50cm×6cm)。經測算,采用石墨烯遠紅外電暖,可節省能耗30%~50%。

目前,試驗基地以前采用的傳統鍋爐水暖、地熱線等加溫采暖方式,因效果不佳、能耗過高,已停用。

三、存在哪些問題?應用前景如何?

存在問題:

石墨烯遠紅外電暖前期一次性投入相對較高,但是使用成本低、應用效果好、使用壽命長(電熱闆壽命50年,溫控器壽命3~8年)。石墨烯遠紅外電暖在集約化育苗中初次應用,具體數據、參數還需要進一步試驗總結,進而形成産品标準和安裝、操作技術規程。

在今後的應用中,石墨烯電熱闆使用面積與苗床面積比率可為1∶5~1∶4,并進一步運用智能化,采用可全觸摸操控集成控制系統,通過恒溫分時分區控制,如升級基于GPRS的遠程訪問功能,利用互聯網對溫控器進行遠程控制和管理,支持長達180天的曆史記錄存儲,可查詢曆史溫度曲線和加熱狀态,分多區域控制在網,實現集約化育苗産業化精準作業。

應用前景:

石墨烯電加熱産品經3750V耐壓測試,不存在漏電、觸電的危險,防水等級高達IPX7标準,是通電後即能快速發熱,達到設定溫度的高科技綠色環保新能源材料。優點是:

能耗低,使用壽命長,安全性高,防水、防漏電,能夠解決冬季燃煤、燃油、燃甲、乙醇、燃氣等供暖污染的難題,且有淨化空氣的功能。

該産品結構緊湊、占地面積小、熱效率高,大大縮短了安裝工期,電熱轉換率高達99.15%,熱能利用率高,節能效果顯著。

石墨烯電熱闆通電後産生的8~14μm遠紅外“生命光波”,容易被植物吸收并轉化為内能,種苗無需進行定期消毒、噴灑農藥和施肥等工序,大大減少病蟲害防治次數,降低了生産成本,培育的種苗綠色環保。

綜上,石墨烯遠紅外電暖加溫系統一次性投入較高,但綜合成本低,經濟效益、社會效益及環境效益突出,可以在瓜菜類集約化育苗中推廣應用。

本文來自中國蔬菜,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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