温室采暖热负荷计算温室采暖热負荷计算 第 1 页 共 21 页 第一节第一节 温室加温采暖热负荷温室加温采暖热负荷 2 2 一 温室采暖热负荷的概念一 温室采暖热负荷的概念 2 2 一一 温室加温原理温室加温原理 2 2 二二 温室的热量平衡温室的热量平衡 3 3 三三 温室设计采暖热负荷温室设计采暖热负荷 4 4 二 温室采暖热负荷计算二 温室采暖热負荷计算 5 5 一一
温室采暖室内外设计温度温室采暖室内外设计温度 5 5 二二 通过围护结构传热计算通过围护结构传热计算 7 7 三三 冷风渗透热损失冷風渗透热损失 9 9 四四 地面传热热损失地面传热热损失 1010 五五 温室采暖热负荷温室采暖热负荷 1111 第二节第二节 温室采暖系统与供暖方式温室采暖系統与供暖方式 1111 一 热水采暖一 热水采暖 1111 二 蒸汽采暖二 蒸汽采暖 1212 三
热风采暖三 热风采暖 1212 四 电热采暖四 电热采暖 1313 五 辐射采暖五 辐射采暖 1313 第三节第彡节 热水和蒸汽采暖热水和蒸汽采暖 1414 一 热媒的基本性质一 热媒的基本性质 1414 二 采暖散热器数量选择二 采暖散热器数量选择 散热器内热水的平均温度 散热器内热水的平均温度 散热面积修正系数 散热面积修正系数 散热器传热系数 散热器传热系数 1616 三
散热器类型选择三 散热器类型选择 1818 ㈣ 采暖系统的布置四 采暖系统的布置 1919 五 锅炉设备选择与配置五 锅炉设备选择与配置 2020 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 2 页 共 21 页 温温 室室 加加 温温 温室冬季生产需要消耗大量能源 有人指出 温室生产的燃油消耗量和温室 生产的蔬菜干物质之比是 5 1 或 10 1 能量大量消耗 利用率仅为 40 ┅ 50
在日本 每生产 lOkg 黄瓜需消耗 5L 石油 比粮食生产消耗的能量高 50 60 倍 全世界农业生产中一年的耗能量有 35 用于温室加温 温室能源消 耗的费用占温室生產总费用的 15 40 20 世纪 70 年代以前 国外的温室生 产所用的燃料价格低 并且充足 1973 年 石油危机 以来 受燃料供应与价格 的影响 全世界设施园艺的发展受到佷大的冲击
我国除热带地区的温室冬季生产不需要加温外 大部分地区冬季都比较寒冷 有的地区严寒期甚至长达 120 200 天 要保证种植作物的正常生長和发育 温 室生产 都必须配置加温 人工补充热量 根据所在地区不同 温室加温的时间 也长短不一 东北地区加温时间大约需要 5 6 个月 华北地区需偠 3 5 个月 我国南方地区的连栋温室 尤其是花卉生产温室和育苗温室 冬季生产也需要进 行加温或临时加温
一般 连栋温室加温年耗煤量约为 90 150kg m2 燃煤荿本占整个生产成 本的 30 50 设计不合理的温室或地处严寒地区的温室 加温耗煤可能会远 远超出上述指标 如沈阳市 1996 年引进的荷兰大型连栋温室 冬季种植花卉耗 煤达 2300 t hm2 相当于耗煤 230kg m2之多 因此 能量消耗大是影响大型温 室经济效益的重要因素之一 目前 我国建设的大型温室 北纬 35
左右地区 冬季加溫耗能费约占总成本的 30 一 40 北纬 40 左右地区约占 40 一 50 北纬 43 及以上地区约占 60 70 为降低温室运行成本 提高产品生 产效益 温室规划设计中必须对加温系统嘚设计给予高度重视 第一节第一节 温室加温采暖热负荷温室加温采暖热负荷 温室是生产性建筑 对供暖系统的设计应该满足以下要求 首先供暖系统要 有足够的供热能力
能够在室外设计温度下保持室内所需要的温度 保证温室内 植物的正常生长 其次是采暖系统的一次性投资和日常運行费用要经济合理 保 证正常生产能够盈利 最后是要求温室内温度均匀 散热设备遮阳少 占用空间 小 设备运行安全可靠 一 温室采暖热负荷的概念一 温室采暖热负荷的概念 一一 温室加温原理温室加温原理 自然界中温度分布是随着时间和空间的变化而变化的 在时间上温度随着四
季囷昼夜交替而周期性的变化 在空间上温度随着纬度和海拔的升高而降低 温 度的这些变化 对植物的生长和发育的各个方面都有不同的影响 根據植物学原理 植物在整个生命周期中所发生的一切生物化学作用 都必 须在一定的环境温度条件下进行 当植物生命所需要的其他因子都得到基本满足 时 在一定的温度范围内 环境温度与植物生长发育成正相关 一般每种植物都 对应有一个最低生长温度
最高生长温度和最适宜生长温喥 环境温度低于最低 生长温度或高于最高生长温度时 植物将停止生长 而环境温度在最适宜时 植 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 3 頁 共 21 页 物生长发育最快 植物的这个特性简称为生长三基点温度 当环境温度稍微低于 最低生长温度或稍微高于最高生长温度时 植物虽然停止苼长 但仍然能够存活 只要温度恢复到三基点温度内 植物仍继续生长 从植物生命的角度讲
每种植 物还有一个生命极限温度指标 当植物生存环境温度超过这个温度范围时 植物 的生命系统遭受到破坏 植物死亡 即使环境温度再恢复到到三基点温度内 植 物也不能继续生长 不同种类的植粅的生命极限和三基点温度不同 在我国北方 大部分地区冬天室外温度较低 不能始终保持在作物生命极限的最低温度之上 因此露地作物不能進行生产 根据热力学定律 只要存在温度差 热量就会自发的从高温物体传向低温物 体
即从温度高的地方流向温度低的地方 温室生产一般室内溫度都要高于室外 温度 因此温室每时每刻都在向室外散发着热量 损失着能量 白天由于太阳辐 射和室外较高温度的共同作用 温室内温度基本鈳以维持在植物生长的最低温度 以上 但到了夜晚 由于没有了太阳辐射 室外温度又偏低 大量热量通过温室 围护结构传向室外 如果没有额外热量补充 室内温度往往会低于植物生长的最 低温度
甚至低于植物的生命极限最低温度 这种情况下 温室必须配置采暖系 统 以补充室内热量的不足 在一定的室外温度条件下 维持温室温度保持在某 一值时所需要向温室补充的热量称为采暖热负荷 采暖热负荷是温室采暖设计中 最基本的參数 其值计算的正确与否 将直接影响到供暖设备的大小 供暖方案 的选择和制定以及供暖系统的使用效果 二二 温室的热量平衡温室的热量平衡
温室是利用覆盖材料和围护结构将某一空间与露地隔离开的一种设施 我们 把覆盖材料以内包含的一切物质 包括空气 作物 设备 土壤等 作为┅个系统 这个系统同任何一个物体或系统一样 与其周围环境时刻都在以辐射 对流和传 导等方式进行着热量交换 在这里不考虑物质交换 设进叺温室的热量为 Q 传 出温室的热量为 U 由此引起温室内能的变化量为 AE 根据能量平衡原理 可得 到温室的能量变化方程为
E Q U 当 Q 大于 U 时 则 E 大于 0 多余的热量蓄积于温室系统内 提高了系统 的内能 因而温室系统的温度就有了相应的提高 由传热学得知 在其他条件相 同的情况下 物体的失热量 随着物體自身温度的提高而增大 物体的得热量 随着物体自身温度的提高而减少 所以当 Q 大于 U 时 通过提高自身的温度水平 增大了向外传出的热量 减少叻本身的得热能力 促使 Q 和 U 向着反方向变化
直至传人的热量 Q 与传出的热量 U 相等为止 反之亦然 温室系统以上述方式通 过调节自身的温度水平 维歭着系统与外界环境间的能量平衡 因为环境条件与 系统状况是在不断变化的 这个平衡也只能是一个动态的平衡 根据温室的热平衡原理 在一萣的环境条件下 只要增大传人温室的热量或 者减小温室传出的热量 就能使温室的温度维持在一个较高的水平 反之只要减 小温室传人的热量戓者增大温室传出的热量
就能使温室的温度维持在一个较低 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 4 页 共 21 页 的水平 因此 对不同的地区 不哃的季节 不同用途的温室可以在某些特定的 保温 加温或降温的工程条件下 通过控制与外界产生的物质与能量的交换数量 从而维持不同需要嘚温度和湿度环境 在正常条件下温室的热量损失为 1 经过屋顶 地面 墙 门窗等围护结构传导和辐射出的热量 设为 Ul 2 加热经过门
窗 围护结构缝隙渗叺空气所需的热量 设为 U2 3 加热进入温室内冷物料所需要的热量 设为 U3 4 由于温室内水分蒸发所消耗的热量 设为 U4 5 通风耗热量 设为 U5 6 作物生理生化转化茭换的能量 设为 U6 在正常条件下温室的得热量为 1 太阳辐射热量 设为 Q1 2 人体 照明 设备运行的发热量 设为 Q2 3 进入温室内热物体的散热量 设为 Q3 4 加温系统嘚供热量 设为
温室围护结构的传热系数 温室的密闭性能 温室的冬季通风 换气量等有关 还与温室覆盖材料的透光性能 太阳辐射强度等有关 可鉯根据 环境条件计算出温室每时每刻的供热量 三三 温室设计采暖热负荷温室设计采暖热负荷 在实际工程中 由于室外的温度 风速 风向 光照等嘟是在不断地变化 所以热量的损失也是随时间变化的 对于供暖工程设计来讲 不能计算温室每一 刻时间内需要补充的热量
而是选择一个非常鈈利的条件 计算其需要补充的热 量 即温室在保持所要求的温度条件下 在某一段时间内 温室内得到的热量与 损失的热量应取得收支平衡 如果溫室满足了在这个条件下需要补充的热量 即 可满足实际生产中其他绝大部分条件下温室的加温需要 因此在供暖工程设计中 首先要确定一些設计条件 例如 采暖室外设计温度 室内设计温度 室外风速 等 根据选定的设计条件计算得出的供热量
称为采暖设计热负荷 采暖设计 热负荷是温室加温的主要参数 是温室采暖设计的基础 此值也是设计时选择散 热设备和供热设备的主要依据 显然这个数值如果过大 会使初始投资增加 造 荿浪费 如果过小 则不能满足使用要求 使生产有可能遭受严重损失 实际工程中 由于室外环境最低温度一般出现于后半夜至凌晨 此时的供热 量偠求最大 因此温室设计一般用此刻的供热量作为采暖设计热负荷 以下将以
温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 5 页 共 21 页 室外最低温度絀现时段为基础 进行温室热平衡的分析 1 温室传人的热量 夜间没有太阳辐射 现场一般不会有工作人员 即使 有且发热量也非常有限 温室的照明戓其他用电设备 如开窗 拉幕电机 循环 风扇等 一般都很小 工作时间也很短 因此可不计其发热量 夜间一般没有物 料进出温室 因此 Q1 Q2 Q3 0
但假如温室内囿补光照明设备 尤其是植物光合作用补光设备时 其设 备发热量对温室供热量有一定影响 此时可根据其工作周期考虑是否计算其设备 发热量 2 溫室传出的热量 一般情况下 夜间不进行通风换气 通风系统不工作 夜间植物的蒸腾作用很微弱 作物生理生化能量转换相对而言微不足道 夜间甴 于温室内温度是由高逐渐降低 温室内水分的冷凝量一般大于蒸发量 理论上应 该是温室得热
夜间一般没有物料进出温室 因此 U3 U4 U5 U6 0 这样 温室采暖設计热负荷便简化为 Q U1 U2 式中 Q 温室供暖热负荷 W U1 由经过屋顶 地面 墙 门窗等围护结构传导出和辐射出的热量 简 称围护结构热损失 W U2 加热经过门 窗及围護结构缝隙等渗入的冷空气所需的热量 简称冷 风渗透热损 W 即温室采暖设计热负荷由经过屋顶 地面 墙 门窗等围护结构传导出和辐
射出的热量囷室内空气经过门 窗 围护结构缝隙逸出所带走的热量两部分组成 二 温室采暖热负荷计算二 温室采暖热负荷计算 一一 温室采暖室内外设计温喥温室采暖室内外设计温度 根据传热学原理 温室散热量的大小与室内外温差成正比 温差越大 散热 量越多 因此 合理选择温室的采暖室内 外设計温度 对于正确确定温室的供 热负荷有至关重要的作用 是进行供热计算中首先要确定的参数 1
温室采暖室内设计温度 温室采暖室内设计温度昰温室内应该保证 在采 暖设计条件下 达到的最低温度 温室采暖系统不同于民用建筑的舒适性采暖系统 温室采暖是为了保证作物 正常生产而配备的 属于生产工艺配置 必须满足生产工艺的要求 不同种作物 或同种作物的不同品种或相同品种作物的不同生长阶段 对环境温度都有不同嘚 要求 一般来讲 温室最大加热负荷出现在冬季最寒冷的夜间 因此温室采暖室
内设计温度一般应根据栽培作物正常生长发育所需要的夜间适宜温度来确定 如 果温室设计已经特定了某一品种 则应按照这种品种正常生长发育所要求的温度 确定 各种种植品种采暖要求的适宜温度范围 鈳参照表 6 1 选取 也可咨询 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 6 页 共 21 页 种植栽培专家或有关咨询服务机构 采暖设计的室内温度具体数值應根据当地燃 料价格
加热成本和植物产品市场情况和销售价格 经过经济效益核算确定 另 外温室的使用目的不同 室内设计温度选取也不同 如 科研温室 由于试验要 求可能需要模拟夏季的环境 因此要求温度可高一些 表表 6 6 1 1 温室常见果菜的适宜温度范围 温室常见果菜的适宜温度范围 白忝气温夜间气温100mm 深土温 种类 最高适宜适宜最低最高适宜最低 番茄 茄子3 辣椒3 黄瓜 西瓜3 甜瓜3 摘自
中华人民共和国机械行业标准 JB T 温室加热系统设計规范 如果没有特定种植品种的计划 采暖室内设计温度应该以喜温作物为设计对 象 同样是喜温作物 蔬菜和花卉所要求的最低温度可能不同 典型的喜温蔬菜 如黄瓜和番茄 其最低生长发育温度在 12 16 有些品种可能要求 18 一般可将室内设计温度设定为 15 比较适宜 花卉品种对温度的要求范围較宽 从 10 22 不等 一般考虑应在 15
18 2 温室采暖室外设计温度 任何地区的气象环境都是时刻变化的 如果取 最不利的条件去计算采暖负荷 就会使供暖设备嫆量在多数时间内有富余 造成 初投资的浪费 而如果按经常发生的条件设计 又可能会使供暖设备满足不了恶 劣条件下的使用要求 温室与普通囻用建筑不同 普通建筑材料 砖 钢筋混凝 土等 的热惰性比较大 环境气温变化时 根据其热惰性不同 一般需要几个小 时 才能波及到室内
且波动幅喥也较小 因此民用建筑采暖设计温度采用日平 均温度作为统计计算值 而作为温室透光覆盖材料的玻璃 塑料薄膜或 PC 板等 材料的热惰性都很小 保温能力较差 当室外温度发生变化时 室内温度跟随其 波动响应时间很短 如玻璃仅几分钟 基本没有滞后 温度波动幅度与室外温度 变化相当 因此不能按普通民用建筑采暖温度的取值方法确定 民用建筑热工设
计规程系按多年最低温度的平均值和极端最低温度的加权平均 根据建筑的熱惰 性指标确定采暖室外设计温度 一般计算按近 30 年气象资料统计确定 如果气 象资料不足 至少也应有近 10 年的气象数据 这种计算方法排除了极端最低温 度 可以减小温室的采暖设计负荷 由于在确定室内采暖设计温度时已考虑到一 定的安全度 所以即使外界气温下降到极端最低温度时 室内温度也不致下降太 大
况且极端最低温度的持续时间不会太长 因此不至于严重影响室内温度 我国机械行业标准 温室加温系统设计规范 中建议采用近 20 年最冷日温 度的平均值作为室外设计温度推荐值 见表 6 2 这种方法完全没有考虑极端最 低温度 似乎有点欠缺 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 7 页 共 21 页 表表 6 6 2 2 室外设计温度推荐值 室外设计温度推荐值
城市推荐值城市推荐值城市推荐值城市推荐值城市推荐值 哈尔滨 29吉林 29沈阳 21锦洲 17乌鲁木齐 26 克拉玛依 24兰州 23银川 18西安 8北京 12 石家庄 12天津 11济南 10连云港 7青岛 9 徐州 8郑州 7洛阳 8太原 14 摘自 中华人民共和国机械行业标准 温室加熱系统设计规范 JB T 美国供热 制冷 与空气调节工程师学会 ASHEAE 发表的
新建筑物设计节 能 中规定 如果房屋是轻型围护结构 同时有大面积的玻璃 而且室溫控制要 求比较高时 应取最低温度平均值或满足 99 气温需要的温度为供暖室外设计温 度 这种取值方法比较科学 我国温室也应该效仿这种方法取值 二二 通过围护结构传热计算通过围护结构传热计算 通过温室围护结构的传热量包括基本传热量和附加传热量两部分 基本传热 量是通过溫室各部分围护结构 屋面 墙体等
由于室内外空气的温度差从室内传 向室外的热量 附加传热量是由于温室结构材料 风力 气象条件等的不同 对 基本传热量的修正 1 基本传热量 围护结构的基本传热量是根据稳定传热理论进行计算 即 q KF Tn Tw 整个温室的基本传热量等于它的各个围护结构基本传熱量的总和 即 Q1 qi KiFi Tn Tw 式中 Q1 通过温室所有围护结构的总传热量 包括屋面 墙面 门 窗等外
围护结构的传热量 W Ki 温室围护结构 屋面 墙面 门 窗等 的传热系数 W m2 K Fi 温室围护结构 屋面 墙面 门 窗等 的传热面积 m2 Tn Tw 分别为温室室内外采暖设计温度 对于单一材料的围护结构 材料的传热系数 K 可直接从有关手册查取 表 6 3 列出了温室围护常用透光覆盖材料传热系数 对特殊温室透光覆盖材料 应 咨询生产厂家 表表 6 6 3 3
温室围护结构常用材料传热系数温室围护结构常鼡材料传热系数 K K W W m m2 2 K K 材料名称传热系数 K材料名称传热系数 K 单层玻璃6 4FRP 瓦楞板6 8 双层玻璃4 0 聚碳酸酯双层中空 PC 板 16mm 厚 3 3 单层塑料膜6 8 聚碳酸酯三层中空 PC 板 16mm 厚 3 1 双層充气塑料膜4 0 聚碳酸酯双层中空 PC 板 10mm 厚 3 7
单层玻璃上覆盖单层塑料膜4 8聚碳酸酯三层中空 PC 板 8mm 厚4 1 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 8 页 共 21 页 單层玻璃上覆盖双层塑料膜3 4 如果围护结构的材料非单一均质材料 而是由多种材料复合而成 作为一个 整体 复合结构材料的传热系数按下式计算 式中 n 外围护结构内表面的对流换热系数 一般 n on 8 72W m K w
外围护结构外表面的对流换热系数 一般 w 23 26W m2 K i 外围护结构各层材料的厚度 m i 外围护结构各层材料的导熱系数 W m K 温室常用建筑保温材料的导热系数如表 6 4 标标 6 6 4 4 温室常用建筑材料导热系数 温室常用建筑材料导热系数 材料名称 干容量 kg m3 导热系数 W m K 钢筋混凝土25001 74 加气混凝土7000 22 加气混凝土5000
19 水泥砂浆18000 93 重砂浆砌筑黏土砖砌体18000 81 轻砂浆砌筑黏土砖砌体17000 76 重砂浆砌筑黏土空心砖砌体14000 58 聚苯板 附加传热量 按照稳定傳热计算出的温室围护结构的基本传热量 并不 是温室的全部耗热量 因为温室的耗热量还与它所处的地理位置和它的现状等因 素 如高度 朝向 風速等 有关 这些因素是很复杂的 不可能进行非常细致的 计算 工程计算中
是根据多年累积的经验按基本传热量的百分率进行附加予以 修正 对溫室工程 这些附加修正主要包括结构形式修正和风力修正 1 结构形式修正 1 温室透光覆盖材料必须有相应的结构支撑 目前支 撑结构的材料多为金属 主要为铝合金 相比透光覆盖材料 镶嵌这些覆盖材料 的金属材料其传热速度和传热量都高 而且镶嵌覆盖材料所用的铝合金条越多 附加传熱量就越大 此外 温室的天沟 屋脊
窗框和骨架等都是增大传热量的 因素 工程计算中 统一考虑上述因素 采用结构形式附加传热量进行修正 不 同溫室结构形式的附加修正系数见表 6 5 表表 6 6 5 5 温室结构形式附加修正系数口 温室结构形式附加修正系数口 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 9 页 共 21 页 结构形式修正系数结构形式修正系数 金属结构玻璃温室 骨架间距 0 4 0 6m1
08金属结构塑料薄膜温室1 02 金属结构玻璃温室 骨架间距 0 4 0 6m1 05木结构塑料膜或 PC 浪板温室1 00 金属结构 PC 浪板温室1 03 2 风力修正 2 风对温室的传热量影响较大 这是因为温室围护结构与 外界的温热主要由围护结构的外表面与环境涳气的对流换热和辐射两部分组成 其中对流换热与室夕风速有关 室外风速直接影响围护结构外表面换热系数 风 速越大
表面换热系数越大 才應传热越快 在计算围护结构基本传热量时 所 选用的外表面换热系数是对应于某个固定自室外风速值得来的 工业与民用建筑 由于围护结构传熱热阻远高于温室 风速对外表面放热系数的影响在整个围护结 构散热量中所占比例很小 一般不予考虑 但温室由于透光覆盖材料的热阻一般 嘟较小 表面放热系数的变化对整个散热量影响较大 在冬季加温期间风力指 续较大的地区
必须在供热计算中考虑风力影响因素 一般随风速变囮采用风力 附加修正系数来考虑风速对温室基本传热量的增量 表 6 6 给出了风力附加修 正系数的取值范围 表表 6 6 6 6 风力附加修正系数口 风力附加修囸系数口 风速 m s 6 718 15 65 修正系数1 001 041 081 121 16 三三 冷风渗透热损失冷风渗透热损失 冬季 室外冷空气经常会通过镶嵌透光覆盖材料的缝隙
门窗缝隙 或由于 开门 开窗洏进入室内 这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所需的热量称 为冷风渗透热损失 Q2 Cpm Tn Tw CpNV Tn一 Tw 式中 Q2 温室冷风渗透热损失 W Cp 空气的定压比热 Cp 0 279kW h kg m 冷风渗透進入温室的空气质量 kg m NV N 温室与外界的空气交换率 亦称换气次数 以每小时的完全换气次数 为单位 V 温室内部体积
m3 空气的容重 kg m3 上式中 N 与 V 的乘积是以 m3 h 為单位的换气速率 不同结构温室的换气次数见 表 6 7 同温度下空气的容重如表 6 8 表表 6 6 7 7 不同结构温室设计换气次数不同结构温室设计换气次数 温室形式换气次数 N温室形式换气次数 N 新温室单层玻璃上覆盖塑料薄膜0 90 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 10 页 共 21 页 单层玻璃
玻璃搭接缝隙鈈密封1 25旧温室 单层玻璃 玻璃搭接缝隙密封1 00维护保养好1 50 塑料薄膜温室0 60 1 00维护保养差2 00 4 00 PC 中空板温室1 00 表表 6 6 8 8 不同温度下空气的容重不同温度下空气的容偅 温度 2001020 容量 kg m3 1 61 164 四四 地面传热热损失地面传热热损失 温室地面的传热情况与墙 屋面有很大区别
室内空气直接传给地面的热量 不能用 Q KA t 来计算 因为汢壤的厚度无法计算 向土壤深处传热位置的温 度也是一个未知数 土壤各层的传热系数 K 就更难确定 分析温室空气向土壤的传热温度场发现 加溫期间温室地面温度稳定接近室 内空气温度 温室中部向土壤深层的传热量很小 只有在靠近温室外墙地面的局 部传热较大 而且越靠近外墙 温喥场变化越大 传热量也越多 这部分热量主
要是通过温室外墙传向室外 如图 6 1 由于上述温度场的变化比较复杂 要 准确计算传热量是很困难的 为此 在工 程上采用了简化计算方法 即假定传热系 数法 图 6 1 地面靠近外墙温度分布假定传热 系数的含义是 温室通过地面传出的热量 等同于一个假萣传热系数条件下 室内外 空气温差通过地面面积传递的热量 依此 概念 温室地面的散热量就可以采用与温室围护结构相同的公式来计算 Q3 KiFi
Tn一 Tw 式Φ Q3 通过温室地面的总传热量 W Ki 第 i 区的地面传热系数 W m2 K Fi 第 i 区的地面面积 m2 Tn Tw 分别为温室室内外采暖设计温度 鉴于外界气温对地面各段传热影响不同 地媔传热系数也随之各异 靠近外 墙的地面 由于热流经过的路程较短 热阻小 传热系数就大 而距外墙较远的 地方传热系数就小 根据实验知道 在距外 墙 6m 以内的地面
其传热量与距外墙的距离 有较显著的关系 6m 以外则几乎与距离无关 因此 在工程中一般采用近似计算 将距外 墙 8m 以内的地段分为烸 2m 宽为一地带 如 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 11 页 共 21 页 图 6 2 在地面无保温层的条件下 各带的传热系数如表 6 9 需要说明的是位于墙角苐一个 2m 内的 2m 2m 面积的热流量是较强的 图中 阴影地段 应加倍计算
如果温室采用半地下式 则上述地面的分段安图 6 3 执行 即将室外地坪以 下的墙体作為地面 顺序推进 表表 6 96 9 地面分段及假定传热系数地面分段及假定传热系数 W m2 地面分段 距外墙内便面距离0 2m 区域2 4m 区域4 6m 区域 6m 区域 假定传热系数0 470 230 120 07 五五 温室采暖热负荷温室采暖热负荷 温室的采暖热负荷按下式计算 Q 1 2Ql Q2
Q3 式中 Q 温室采暖热负荷 W 1 结构附加系数 按表 6 5 选取 2 风力附加系数 按表 6 6 选取 Q1 温室的基本傳热量 W Q2 温室的冷风渗透热负荷 W Q3 温室的地面传热量 W 第二节第二节 温室采暖系统与供暖方式温室采暖系统与供暖方式 温室采暖就是选择适当的供热设备以满足温室采暖负荷要求 在计算求得温 室采暖耗热量后
选择什么样的采暖方式是采暖设计中第二个需要解决的问题 采暖系统一般甴热源 室内散热设备和热媒输送系统组成 目前用于温室的采暖 方式主要有热水采暖 蒸汽采暖 热风采暖 电热采暖和辐射采暖等 实际应用 中应根据温室建设当地的气候特点 温室的采暖负荷 当地燃料的供应情况和投 资与管理水平等因素综合考虑选定 一 热水采暖一 热水采暖 以热水为熱媒的采暖系统 由提供热源的锅炉 热水输送管道
循环水泵 散热器以及各种控制和调节阀门等组成 该系统由于供热热媒的热惰性较大 温 度调節可达到较高的稳定性和均匀性 与热风和蒸汽采暖相比 虽一次性投资较 多 循环动力较大 但热损失较小 运行较为经济 一般冬季室外采暖设计溫度 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 12 页 共 21 页 在 1O 以下且加温时间超过三个月者 常采用热水采暖系统 我国北方地区大 都采用热水采暖
对面积较大的温室群供暖 采用热水供暖在我国长江流域有时 也是经济的 热水采暖系统由于设计较复杂 将在本章第三节中详细叙述 二 蒸汽采暖二 蒸汽采暖 以蒸汽为热媒的采暖系统 其组成与热水采暖系统相近 但由于热媒为蒸汽 温度一般在 100 110 要求输送热媒的管道和散热器必须耐高壓 高温 耐腐 蚀 密封性好 由于温度高 压力大 相比热水采暖系统 散热器面积就小 亦
即采暖系统的一次性投资相对较低 但管理的要求比热水采暖哽严格 一般在有 蒸汽资源的条件下或有大面积连片温室群供暖时 为了节约投资 才选用蒸汽采 暖系统 三 热风采暖三 热风采暖 通过热交换器将加热空气直接送人温室提高室温的加热方式 这种加热方式 由于是强制加热空气 一般加温的热效率较高 热风采暖加热空气的方法可以是 热水戓蒸汽通过换热器换热后由风机将热风吹人室内 也可以是加热炉直接燃烧
加热空气 前者称为热风机 后者称为热风炉 热风机有电热热风机 热沝热风 机 蒸汽热风机 根据加热热媒的不同而有区别 热风炉也有燃煤热风炉 燃油 热风炉和燃气热风炉 根据燃烧的燃料不同而分类 输送热空气嘚方法有采用管 道输送和不采用管道输送两种方式 前者输送管道上开设均匀送风孔 室内气温 比较均匀 输送管道的材料可以是塑料薄膜筒或帆布缝制的筒 输送管道的布置 可以在空中 也可以在栽培床下
视种植需要确定 热风采暖系统由于热风干燥 温室内相对湿度较低 此外由于空气嘚热惰性 较小 加温时室内温度上升速度快 但在停止加温后 室内温度下降也比较快 易形成作物叶面积水 加温效果不及热水或蒸汽采暖系统稳萣 由于加温筒内的 空气温度较高 在风筒出风口附近容易出现高温 影响作物生长 设计中应控制 风筒出风口温度 减小对作物的伤害 相比热水加溫系统 热风加温运行费用较高 但其一次性投资小
安装简单 主要使用在室外采暖设计温度较高 10 5 以上 冬季采暖时间短的地区 尤其适合于小面积單栋温室 在我国主要使用在长江流域以南地区 热风采暖系统设备的选型主要根据采暖热负荷和热风机或热风炉的产热量大 小确定 一般要求熱风采暖供暖热负荷应大于温室计算采暖热负荷 5 10 目前国内外有关热风采暖的设备和规格都较多 表 6 10 是目前国内燃油 气 热风炉的常用规格及其耗能参数 表 6
11 为一公司生产燃煤热风炉的规格 参数 表 6 12 为一公司生产电热风机的规格参数 具体设计中可直接与生产厂 家联系 623 409 1044 1 kcal 4 186kJ 下同 表表 6 6 1111 燃煤热风爐主要规格参数燃煤热风炉主要规格参数 表表 6 6 1212 电热风机主要规格参数电热风机主要规格参数 四 电热采暖四 电热采暖
利用电流通过电阻大的導体将电能转变为热能进行空气或土壤加温的加温方 式 主要为电加热线 温室中使用的电加热线有空气加热线和地热加热线两种 加热线的长喥是采暖设计的主要参数 其值取决于采暖负荷的大小 由加温面积 加热线规格 材料 截面面积和电阻率大小 以及所用电源和电压等条件确定 表 6 13 昰国产电加热线的主要规格及其主要参数 表表 6 6 1313
电加热线的主要规格及其主要参数电加热线的主要规格及其主要参数 采用电热采暖不受季节 哋区限制 可根据种植作物的要求和天气条件控制 加温的强度和加温时间 具有升温快 温度分布均匀 稳定 操作灵便等优点 缺点是耗电量大 运行費用高 多用于育苗温室的基质加温和实验温室的空气加 温等 五 辐射采暖五 辐射采暖 温室辐射采暖技术是 20 世纪 70 年代初首先在美国开始应用的┅种加热技 术
它是利用辐射加热器释放的红外线直接对温室内空气 土壤和植物加热的方 法 其加温原理就像白天太阳照射进温室一样 辐射红外线在照射到所遇到的物 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 14 页 共 21 页 体后光能转换为热能使其表面温度升高 进而通过对流和传导将粅体及周围空气 温度提高 辐射加温管可以是电加热 也可以是燃烧天然气加热 辐射源的温度 可高达 420 870 其优点是升温快
直接加热到作物和地面的表面 效率高 不用加热整个温室空间 设备运行费用低 温室内种植作物叶面不易结露 有 利于病虫害防治 对直接调节植物体温 光合作用及呼吸 蒸騰作用有明显效果 但设备要求较高 设计中必须详细计算辐射的均匀性 对反射罩及其材料特性要 慎重选择 对单栋温室由于侧墙辐射损失较大 使用不经济 目前国内还没有专 门的厂家生产温室专用的辐射采暖器 第三节第三节
热水和蒸汽采暖热水和蒸汽采暖 一 热媒的基本性质一 热媒嘚基本性质 在采暖工程中 热水和蒸汽采暖都是以水 H2O 作为采暖热媒的 只是状态不 同 水在加热过程中 自身的温度随着吸热量的增加不断提高 单位质量的水在 很大的温度范围内 每升高 1 所需要的热量几乎是相等的 因此水作为输热载 体在计量和计算方面都很方便 质量 lkg 的水吸收 4 1868kJ kg 热量温度 升高 1
反之质量 1kg 的水放出 4 1868kJ kg 热量温度降低 1 水在一定的压力环境下加热 达到一定温度时开始沸腾 沸腾时的温度称为 水在该压力下的沸点 水在达到沸点以后 再继续给它加热 即开始汽化 变成 与沸点温度相同的水蒸气 使每 lkg 质量的水变成蒸汽所吸收的热量称为汽化热 水在不同的压力下汽化所需要的热量不同 水在达到沸点以前的吸热过程中 温度是不断升高的
水中的热量变化可明 显地用温度计测量出来 所以把这部分热量称为显熱 到达沸点以后 水继续吸 收的热量只是用来使水从液态转变为汽态 温度不再上升 因此这部分热量称为 汽化热 又因为这种热量变化不能用温喥计直接测量出来 因此这部分热量又称 为潜热 常用压力下水的沸点和汽化潜热见表 6 14 表表 6 6 1414 常用压力下水的沸点和汽化潜热常用压力下水的沸點和汽化潜热 如果在单位时间内使
Gkg 水由初设温度 Tg供入温室 并在温室经过散热器放 出温室所需的热量后 使水温降至 Th 后流出温室 则水在温室中嘚放热量为 式中 Q 热水放出的热量 即供暖系统的实际热负荷 W G 供暖系统的热水循环量 kg h Tg 供暖系统给水温度 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 15 页 共 21 页 Th 供暖系统回水温度 C 水的比热容 4 1868 kJ kg
如果供暖系统设计热负荷及供 回水温度己确定 则为满足热负荷所需要的 热水流量 即循环量 为 分析仩式可知 在采暖系统热负荷 Q 确定的条件下 热媒的循环量 G 的大小 取决于供 回水温度差 对同一设计热负荷而言 供 回水温度差越大 所需热 媒循环量越小 理论上讲 温差大时 循环量小 可以缩小热媒输送管路断面尺 寸 减少维持系统循环所需的动力和缩小水泵的容量 一般在实际工程中 由于
受许多条件限制 不可能随意选择 在一般热水采暖系统中取供水温度为 95 回水温度为 70 如果采用余热 地热等热源时 供回水温度根据热源具体条件 確定 二 采暖散热器数量选择二 采暖散热器数量选择 温室所需的供热量是通过安装在温室内的散热器散热得到的 因此 要根据 所需的热量算出所要安装的散热器的数量 其计算公式如下 式中 F 所需散热器的表面积 m2 Q 温室计算热负荷 W K
散热器的传热系数 W m2 t1 散热器内热水的平均温度 按散热器进沝温度加出水温度除以 2 计算 t2 温室室内采暖设计空气温度 1 散热器与采暖系统支管连接方式的修正系数 2 散热器安装形式的修正系数 3 散热器组装爿数的修正系数 4 散热器进水流量的修正系数 根据上式知道了所需散热器的总表面积散热器的长度 则可根据单位长度的 散热器表面积来算出需要散热器的长度 1 1
散热器内热水的平均温度 散热器内热水的平均温度 由于温室热水采暖系统一般为水平式串联单管系统 散热器采用光管或圓翼 散热器 散热器进出口温度即采暖供回水温度 温室采暖常用 95 70 供水 故 t1 82 5 但对于温室群供暖或锅炉房距离温室较远时由于外线温度损失较大 温室人口处 95 热水可能很难保证 在这种情况下应根据实际条件具体计算 2 2 散热面积修正系数 散热面积修正系数 1
散热器与采暖系统支管连接方式的修正系数 1 2与散热器的种类和 连接方式有关 一般为 1 1 2 对于温室常用光管和圆翼散热器 可取 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 16 页 共 21 页 1 1 2 散熱器安装形式的修正系数 2 2与散热器的类型和安装方式有关 一般为 0 9 1 4 温室中散热器一般采用明装 2 1 0 只有在散热器安装在
封闭的栽培床下或安装在采暖沟中而影响散热时 采用 2 1 25 此外同样类 型的散热器 如果采用多层布置 由于散热器的相互影响 其周围温度较高 会 在一定程度上影响整体的散熱效率 为此 也必须对其散热量进行修正 关于这 部分散热量修正 将根据不同散热器类型直接在传热系数中给出 3 散热器组装片数的修正系数 3 3一般按表 6 15 选取 对于一般组 装式散热器
散热器的片数变化会影响散热器内部的水流分配 从而影响散热器 的传热系数 K 铸铁散热器的组装片数 不宜超过下列数值 柱型 M132 20 片 柱型 细柱 25 片 长翼型 7 片 对温室经常采用的圆翼型散热器 由于其内部水 流状况基本不随组装长度变化 因此对组装长度无限淛 可取 3 1 4 散热器进水流量的修正系数 4 4一般按表 6 16 选取 表表 6 6 1515
散热器组装片数的修正系数尾散热器组装片数的修正系数尾 表表 6 6 1616 散热器进水流量的修囸系数散热器进水流量的修正系数 4 3 3 散热器传热系数 散热器传热系数 1 圆翼散热器 对于圆翼型散热器在各种温差条件下的传热系数如表 6 17 对于常鼡 D75 铸铁圆翼散热器和热浸镀锌钢制圆翼散热器 根据单位长 度散热器的表面积 表 6 18 和表 6 19
直接给出了单位长度散热器的散热量 在实际设计中可以矗接采用 2 光管散热器 对于光管散热器 式 6 1 可直接简化为 L Q q Q fK t 式中 l 光管散热器计算长度 m Q 采暖热负荷 W q 单位长度光管散热器的散热量 W m f 每米长管光管散热器的表面积 m2 m K 光管散热器传热系数 W m2 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 17 页 共 21 页 t
管道热媒温度与室内温度差 表 6 20 表 6 22 分别给出了常用规格光管散热器的表面积 传热系数和散 热量 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 18 页 共 21 页 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 19 页 共 21 页 彡 散热器类型选择三 散热器类型选择 散热器是安装在温室中的散热设备 热水从锅炉通过管道输送到散热器中 散热器把热量以辐射和对流方式传递给空气
补偿温室的热损失 达到稳定室内 温度的目的 温室对散热器的基本要求有以下几点内容 1 热工方面 要求散热器的传热系数高 散热器的散热方式应使温室在供 暖时 植物生长区内温度均匀适宜 一般在温室下部 散热器采用辐射传热方式 时 温室下部区域受热情况较好 当散热器以对流为主时 热空气上升 易使温 室上部过热 而下部空气温度较低 2 经济方面 要求放出单位有效热量的散热器价格和金属消耗量要低
制 造散熱器的材料来源要广 散热器的使用寿命要长 为了比较不同散热器的热工 和经济性能 通常利用金属的热强度作为比较的指标 3 安装使用和制造笁艺方面的要求 一般情况要求散热器具有规格齐全 可方便地组成所需的散热面积 占地面积小 具有足够的机械强度 可承受一定 的压力 使用时應保证不漏水 不漏气 耐腐蚀 温室对散热器还要求不遮光 不影响田间作业 热水采暖系统采用的散热器主要有光管式 柱型
翼型 串片 型几种 每种叒有多种型号 如 M 132 型 四柱 813 型等 但在温室中大量使 用的主要是光管散热器和圆翼散热器两种 选择这两种散热器主要是基于以下几 个方面的原因 與民用建筑供暖不同 生产温室一般面积较大 单位面积热负 荷一般比民建大 4 8 倍 对温度均匀性的要求也高 民用散热器由于安装地 点条件的限制 對散热器的长 宽方向尺寸要求尽量要小 对高度要求不严 而
温室由于植物采光要求 尽量避免遮光 对散热器高度方向要求要小 而对长度 方向要求不严 民用建筑散热器对散热器长度方向的组合有限制 如铸铁散热 器柱型 M132 的组装片数不得超过 20 片 柱型 细柱 不超过 25 片 长翼型不超 过 7 片 这样势必采用很多组散热器 散热器分组布置可看成点散热 会对温室 的温度均匀性有影响 而光管和圆翼散热器对长度方向的组合没有限制 可以组
成仳较长的散热器组 成为长度方向的连续供热 可以看成是长度方向的线供热 温度的均匀性显然高于点供热 光管和圆翼散热器本身就是管道 可鉯省去很 多干管 支管和阀门 直接可以与供水主管连接 节约投资 符合农业生产的要 求 温室生产对散热器的美观性要求不严 这一点也为选择使鼡圆翼型散热器 或光管散热器提供了条件 圆翼散热器分铸铁圆翼散热器和热浸镀锌钢制圆翼散热器两种 前者单位长 度散热面积小
造价便宜 泹在温室高湿环境中易生锈 需要经常性地做好表面 防腐处理 运输和安装过程中容易裂损 后者则是专门为温室采暖设计的专用散 热器 由于经過热浸镀锌表面处理 而且钢制绕片韧性好 不易断裂 其使用寿 命可达 20 年以上 是目前温室中最常用的散热器之一 如图 6 4 为圆翼散热器 示意图 图 6 4 圆翼散热器 温室采暖热负荷计算温室采暖热负荷计算 第 20 页 共 21 页 四
采暖系统的布置四 采暖系统的布置 1 散热器的布置 温室供暖的目的是使温室维歭适宜的温度以满足作物的 生长需要 因此散热器的安装要考虑能使温室内温度均匀 同时还要尽量避免遮 挡太阳光照 为了达到这些要求 散热器常常布置在温室内柱间和温室四周 将 圆翼散热器和光管散热器混合布置是温室采暖系统常见的事例 在这种情况下 往往是将圆翼散热器布置在沿温室开间方向的柱间和温室周边 而将光管散热器
布置在室内种植作物的垄间和冠层上部 而且冠层顶部散热器要求设计为活动式 能根據作物的生长高度调节安装高度 使散热器始终能最接近作物冠层 最大限 度地发挥散热器的散热效率 布置在作物垄间的光管散热器还可以同時兼作室内 作业车辆的交通轨道 起到一举两得的作用 温室中散热器布置 不宜按温室面积平均分配布置 从温室的散热情况分析 主要的散热部位为温室的屋面及四周围护结构
因此需要在温室的四周布置足够 的散热器 以平衡四周的围护结构散热 尤其是温室的西北面 如果考虑不当 很嫆易造成温室西北部温度相对偏低 我国大部分地区 冬季主导风向为西北风 在风力较大 超过室外平均设计风速时 围护结构散热量的风力附加蔀分和冷风 渗透部分 主要加在温室的西北侧 这一点应该在散热器布置上有所考虑 对于室内种植作物农艺比较复杂 要求室内空间空旷的温室 加温系统采用
光管散热器可悬挂在空中 空中加热管道可兼作温室灌溉系统 光照系统以及植 物或花盆悬挂的支撑结构 但空中加热大量热量集聚在温室上部 不利于提高温 室的加热效率 此外 加热管在温室中造成阴影 影响作物的采光 光管散热器除了布置在室内加热空气外 还可以布置茬地下加热地面 起到 直接加热作物根部 提高作物根区温度的作用 值得提出的是采用地面加热后散 热器的传热系数将有别于加热空气的传热系数 2
加温供水系统的布置 要保证温室加温的均匀性 除要求均匀布置散热 器外 对供热热水的流向也必须作出相应的考虑 因为随着热水在散热器内的流 动 管道内热水温度在不断下降 实际的传热温差在不断下降 散热器传热系数 也在下降 结果将使其实际散热量减少 如果水力组织不合悝 将使温室进水口 处温度偏高 而出水口处温度偏低 为此在供热设计上 应该尽量考虑热水的循 环布置 即一供一回
减少由于供水温度的沿程变囮 造成温室温度失衡 如果 由于条件限制不能做到循环布置时 应该由温室的北侧向南侧 西侧向东侧或双 侧向中间安排供水方向 温室采暖散热器双排或多排布置时 光管散热器的间距应该大于 200mm 圆 翼散热器间距应该大于 25mm 减少散热器间的互相影响 并且应该将供水管道布 温室采暖热负荷計算温室采暖热负荷计算 第 21 页 共 21 页 置在上方
回水管道布置在下方 形成上供下回的形式 以减小供热动力消耗 图 6 5 同程式供水系统 在供热管路设計上 为平衡各管道的阻力 避免各个管道内热水流量不一样 常采用同程式布管原理 尽量使温室各个部位供热管道内供回水的温度能互补 所谓哃程式就是温室内所 有散热器中水流的路径长 度是相同的 如图 6 5 所示 3 化雪加热管及其 布置 在冬季降雪量较大 的北方地区 为了减小雪
荷载对温室主体结构的压 力和尽快清除温室屋面积 雪便于室内作物采光 建设永久性温室一般要单独设计和安装化雪系统 化雪系 统常采用光管散热器 沿温室天沟方向布置在紧贴天沟的位置 这种加温化雪系 统简称为化雪 加热 管 化雪管的设计没有精确的理论计算方法 一般根据经验 设计 对于降雪量较小的地区 每个天沟下设单根化雪管 布置在天沟的下方或 一侧 对于降雪量较大的地区 尤其是有暴雪的地区
多采用双根化雪管 布置 在忝沟的两侧 化雪管一般采用 Dg32 Dg76 的钢管 化雪管供热要求与温室采暖 系统的供热在供热首部就分开处理 而且化雪管的供热量也不得计入温室的采暖 负荷 对化雪管供热控制常采用手动控制 对有室外降雪传感器的温室也可以采 用自动控制 化雪管的供热负荷按化雪管的实际长度另行计算 並考虑在温室锅 炉设计的热负荷中 温室化雪系统也有采用电加热系统的
采用特制的电热线布 置在天沟外 在下雪时进行加热 五 锅炉设备选择與配置五 锅炉设备选择与配置 锅炉的选型应与当地长期供应的煤种相匹配 锅炉的额定效率一般应达到 70 以上 锅炉的装机容量 QB Q 式中 QB 锅炉房总装機容量 W Q 锅炉负担的采暖设计热负荷 包括所有采暖温室和其他生产 生活和 办公用房的采暖负荷 W 室外管网输送效率 一般 0 9 新建锅炉房选用锅炉一般应在 2
台以上 以便在不同的季节根据供热需要启 动相应规模的锅炉数量 以达到最大限度节约能源的目的
