基于热电制冷的无土栽培温控系统

热电制冷技术已经广泛地应用于医疗、航空航天、潜艇、船舶、家电等多个领域，但在农业生物环境控制领域的应用很少。笔者针对单株番茄树特种栽培营养液温度控制中存在的问题，研究开发了一套热电制冷温控系统，以解决植物栽培中营养液夏季降温和冬季加温的问题。

　　1 热电制冷器的工作原理

　　热电制冷器的基本元件是P型和N型半导体元件连接而成的热电偶对。如图1所示，当热电偶对中通以电流后，电子和空穴分别从金属片3流入N和P型半导体，产生电子一空穴对时吸收的热量大于通过金属片3时产生的热量，使金属片3与P和N型半导体结合处的温度降低，电绝缘层1成为冷端，物体2被冷却。当电子和空穴从N和P型半导体流入金属片5时，电子和空穴结合放出的热量大于带走的热量，使金属片5和P,N型半导体的结合处的温度升高，电绝缘层6成为热端，物体8被加热。所以热电偶对在冷端吸收周围介质的热量，实现制冷;在热端散发热量，加热与之接触的物体。电流方向改变，冷、热端互换。实际使用时通常把几个或上百个热电偶对连接在一起，并加工成片状，称为热电制冷器或热电制冷片。

　　2 试验材料及方法

　　2.1 温室

　　试验温室为中国农业大学水利与土木工程学院楼顶玻璃温室。南北跨度7.3m，东西长度23.2m;温室覆盖材料为双层玻璃;顶部设置天窗自然通风;温室内设置内保温幕，外置遮阳幕;南面安装风机，北面安装湿帘，用于夏季温室降温。

　　图2为温室横向剖面图。

2.2 热电温控系统

　　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。