兰自勉 潘庆流

(1广西现代职业技术学院，广西河池 547000;2宜州市农业科学研究所，广西宜州 546300)

蚕卵从出库到孵化的过程，需要在适当的温度、湿度和光线的环境条件下进行保护，让蚕卵的胚胎发育整齐，体质健康强壮，确保能在预定的日期孵化整齐。在室温低于20 ℃的情况下，传统的做法是用木碳或者电炉加温，然后在上面煮一锅水补充湿度，需要配备人员24 h值班看守，操作很不方便，稍不注意就容易出现局部温度过高或太过干燥的情况，造成蚕卵死亡。而目前最先进的加温加湿设备——南京士爵电子科技有限公司(原名南京南大明学科技有限公司)开发的蚕种催青计算机测控系统［1］，虽然能达到良好的温湿度控制效果，但整个系统造价很高，不容易普及推广。为适应广西地区广大小蚕共育户蚕种催青的温湿度自动控制，让蚕卵孵化齐一，为饲育出优质的小蚕打好基础，我们从2009 年开始研制一种结构简单、容易制作的蚕种催青室温湿度自动控制系统。该系统把加温和加湿分开来设计，加热元件沿四周墙面均匀布置，使温度变化均匀;由风扇把水雾通过导管从空中分多个出口往下吹送，使湿度分布均匀;可根据不同的催青室面积大小和隔热条件不同，随时进行调整安装，温湿度能控制在一定的范围之内，使室内温湿度保持相对稳定而均匀，便于蚕卵胚胎顺利发育。我们现将该温湿度自动控制系统的结构设计、工作原理、使用方法等介绍如下，供同仁参考。

1 结构设计及工作原理

该温湿度自动控制系统主要由湿度传感器、温度传感器、温湿度控制器、接触器、加温系统、加湿系统6 个部分组成，如图1 所示。

图1 温湿度自动控制系统结构图

当电源接通的时候，加温系统和加湿系统开始工作，室内温度和湿度上升，达到所设定的温度和相对湿度的上限值时，温度传感器和湿度传感器反馈到温湿度控制器，断开加温系统和加湿系统的电源，这时温度和相对湿度会下降，当温度和相对湿度下降到所设定的下限值时，温湿度控制器再接通加温和加湿系统的电源，使加温和加湿系统工作。经过这样反复地接通和断开加温和加湿系统的电源，使温湿度趋于某个设定的值，从而达到自动控制温湿度的目的。

由于常用温湿度控制器输出的加热触点容量为5～20 A 220 V 交流电源，而加热系统的功率根据房间的大小来决定，通常1 间40 m2的房间要用700 m的地热线，功率约为7 kW，因此温湿度控制器的输出功率不能满足需要，设计的时候需加接1 个50 A 的接触器，单独用于控制加温系统电源的接通和断开。

2 加温系统的设计

加温系统的发热部分主要是地热线，用网线钉把地热线固定在墙面上，每根地热线长100 m，功率为1 kW，并联连接，地热线离地面约50 mm，高度约1 800 mm，地热线之间宽约50 mm，尽量均匀分布，避免交错和打结(图2)。

图2 地热线分布图

3 加湿系统的设计

加湿系统主要由水槽、超声波雾化器、浮块、风扇、导雾管和电源6 个部分组成。当电源接通时，超声波雾化器开始工作，把水雾化，同时由风扇把水雾经导管吹出，给整个空间补充湿度，如图3 所示。

图3 加湿系统结构图

水槽:选用聚丙烯塑料来制作，尺寸为长500 mm、宽370 mm、高300 mm，在盖上设计有不同大小的通孔，用于安装导雾管、注水管和风扇。

导雾管:选用公称直径φ 为40 mm 的PVC 排水管来做，并用带螺纹的接头把导雾管固定在水槽盖上，导雾管尽量足够长，让水雾从高处飘散而下，从而使室内的相对湿度达到稳定而均匀。

雾化器:选用有10 个雾化头的大雾化量超声波雾化器，把雾化器固定在2 块泡沫浮块上，通过调整，使雾化器水位感应开关处在离水面以下10 mm左右的位置，达到最佳的雾化效果。

风扇:选用12 W 的排气扇，接220 V 交流电源，风口直径为100 mm，风量为40 m3/h，可以把被雾化的水雾从导雾管口迅速排出。

电源:选用300 W 的环型变压器+1 块全桥整流电路组成，输出电压为50 V 直流电源。

4 参数的计算和选择

4.1 地热线的计算和选择

以40 m2的房间为例，房间内空间的体积约为110 m3，蚕桑生产通常4 月份开始，当时广西地区的平均室温约为12 ℃，蚕卵正常发育所需要的温度为26 ℃，要求10 min 使室内的温度升到26 ℃，并能保持这个工作温度的相对恒定，所以设计时应从3 个方面去考虑。一是加热室内空气到26 ℃所需的电功率;二是保持室内26 ℃所需的电功率;三是考虑房屋建筑结构、传热和通风等因素的影响。

4.1.1 加热催青室空气所需电功率的计算 根据热学公式Q=cm(t2－t1)，其中Q—吸收或放出的热量，单位为kJ;c—空气的定压比热容，单位为kJ/(kg·K);m—空气的质量，单位为kg;t2—末温度，t1—初始温度，单位均为℃。

因为，标准状态下干空气的定压比热容为C=1.005 6 kJ/(kg·K)［2］;1 m3的空气质量为1.29 kg，房间的体积为110 m3，则房间内空气的质量m=1.29×110 kg=141.9 kg;且t2=26 ℃，t1=12 ℃。所以Q=1.005 6×141.9×(26－12)kJ=1 997.73 kJ。

假设电流所做的功全部用于发热，则根据Q=W=Pt得:电功率P=W/t=1 997.73 ÷600 kW=3.33 kW。

4.1.2 保持催青室内温度所需电功率的估算 根据围护结构的传热耗热量公式:Qj=KF(tn－tm)α［2］，其中，Qt—基本耗热量，单位为W;K—传热系数，单位为W/m2·℃;F—传热面积，单位为m2;tn—冬季室内温度，tw—供暖室外温度，单位均为℃;α—围护结构的温差修正系数。

催青室的传热面积包括地板面、天花板面、前后墙面和左右墙面。催青室内长为8 m、宽为5 m、高为2.75 m，因此，其传热面积F=8×5×2+8×2.75×2+5×2.75×2 m2=151.5 m2。根据测量得当时的室内平均温度约为12 ℃，室内和室外的温差约为2 ℃，计算时室外温度取10 ℃。

查文献［2］传热系数表K=1.885 W/m2·℃;催青室传热面积F=151.5 m2;tn=26 ℃，tw=10 ℃;围护结构的温差修正系数参照文献［3］表4.1.8－1，取α=1。所以Qj=1.885×151.5×(26－10)×1 W=4 569.24 W≈4.6 kW。

4.1.3 地热线数量及规格的确定 以上加热催青室空气所需电功率的计算，是在一种理想状态下所计算得的理论值，保持催青室内温度所需电功率的估算，也是忽略了影响基本耗热量的诸多因素而得出的估算值。在催青室的实际设计过程中，地热线功率的选择要以这2 个数值为参考依据，还要考虑到当加温加湿系统正常工作时，室内还挂满蚕卵，每天人员进出调位和观察多次，还保证每天有3 次的通风换气，热量散失较大;另外，还要考虑到门窗的传热等因素。由于测得夜间温度要比平均温度低2～4 ℃，当催青工作一开始，就必须保持催青室内的温度相对稳定。因此，在实际应用中，1 间40 m2的催青室需要设置功率为7 kW 的地热线才能满足设计的要求。地热线的品种和规格很多，出于经济和实用性方面考虑，选择地热线规格为外径2 mm、金属发热丝直径0.65 mm、线长100 m、功率1 kW。所以，1 间40 m2的催青室需要布置7 条地热线。

4.2 雾化器的选择

蚕种催青阶段所需的相对湿度在75%～85%之间，由于每天要求用消毒液对地面进行消毒，补充了部分湿度，再加上四周墙面和天花板都贴塑料薄膜保湿，因此40 m2的房间用1 个10 头大雾量的雾化器便可满足加湿的需要。选用的雾化器规格为，直流电源:48 V 250 W;频率:1 700 kHz;工作水位:30～50 mm;工作温度:0～45 ℃;雾化量:3 000～5 000 mL/h。

5 温湿度自动控制系统的使用方法

首先把水槽里的水注到最高水位，然后接通电源，加温和加湿系统开始工作，设置好工作温度和相对湿度的上限值和下限值，修正误差值等。当室内的温湿度超过上限值或者是低于下限值时，在控制系统的作用下自动断开和接通相应部分的电源，保证温度和相对湿度稳定在一定的范围之内。随着加湿系统水槽内的水位降低，浮块和雾化器会触底，此时如果水面低于雾化器水位感应开关时，雾化器会自动停止工作，为了避免因水位过低造成中途停止工作，设计的水槽最低水位线在触底时应高于水位感应开关15 mm。当水面低于最低水位线时，应及时向水槽里注水，保证加湿系统能持续正常工作。

6 温湿度自动控制系统的应用试验

6.1 试验方法

2011 年3 月10 日，为验证该温湿度自动控制系统的加温补湿效果，我们在广西宜州市农业科学研究所的2 个蚕种催青室，将该温湿度自动控制系统和传统的加温加湿进行了对比试验。

试验蚕种样品:精选1 张广西蚕业技术推广总站生产的“两广二号”正交蚕种，良卵率达98%以上，分成8 份，每份约6 409 粒卵。

试验样品分组:A 组为A1、A2、A3、A4，放在20 m2用木碳加温煮水补湿的催青室;B 组为B1、B2、B3、B4，放在20 m2用温湿度自动控制系统的催青室。

试验样品放置:2 个催青室的试验样品放的位置相同，离地面高度1.5 m。A1、A4和B1、B4挂在离墙面500 mm 的地方，A2、A3和B2、B3挂在共育室的中间位置。

试验室条件:室外平均温度12 ℃左右，光线均匀，密封良好，有通风换气装置。

催青试验过程:采用简化催青法，即戊3 胚胎前，温度为20 ℃，相对湿度为75%;戊3 胚胎后，温度为26 ℃，相对湿度为85%［4］。每天通风换气3 次。

6.2 试验结果与分析

试验结果如表1，从表1 得知，A 催青室中的A1和A4离热源较远，温湿度相差较大且不稳定，因此和A2、A3相比，孵化率低，死卵率高，另外A1和A4由于温度较低，蚕卵催青积温不够是导致孵化率低的一个主要原因;而B 催青室中的B1、B4和B2、B3比较，虽然位置不同，但温湿度相差不大，孵化率和死卵率都没有明显的差别。从A 催青室和B 催青室8个样品整体对比情况看，A 催青室不同位置的温湿度相差较大，孵化率低，死卵率高;而B 催青室不同位置温湿度相差较小，孵化率很高，死卵率很低。由此分析可得出这样的结论:采用该温湿度自动控制系统可以使催青室保持相对稳定的温湿度，更有利于蚕卵胚胎顺利发育，达到预期孵化齐一的效果。

表1 蚕种催青室温湿度自动控制系统的蚕种孵化率情况

7 结语

该温湿度自动控制系统具有结构简单、造价低廉、使用方便、实用性强的特点，在设计上把加温系统和加湿系统分开来考虑分开控制，同时能满足温度和湿度的设计要求。同时，该温湿度自动控制系统还可根据不同的需要进行调整，针对不同用途稍作修改，便可适用于专业化蚕种催青、规模化小蚕共育、大棚蔬菜、食用菌生产等行业，具有广阔的市场前景和推广应用价值。

［1］王亚琴，吴海荣，黄爱梅，等.自动化测控蚕种催青探讨［J］.中国蚕业，2006，27(4):40－41.

［2］田玉卓.供热工程［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［3］中华人民共和国建设部.GB50019—2003 采暖通风与空气调节设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［4］浙江农业大学.养蚕学［M］.北京:中国农业出版社，1999.