蔬菜温室大棚采暖热负荷的计算及相关设备的选择

1、蔬菜温室大棚采暖热负荷的计算及相关设备的选择王立波，田忠静，王金辉*5101520253035（吉林省通化市农机工程研究设计院，吉林 通化 134000）摘要：根据当地气候条件和蔬菜温室大棚的结构特点，计算了大棚的采暖热负荷。从理论上确定了温室大棚所需供热的总热量，为设备的选择提供了理论基础。将工业电磁加热技术及热水暖风机技术应用于温室大棚供热系统，充分保证了供热的稳定性及便利性。开发了温湿度智能系统，将智能控制引入到蔬菜温室大棚，提高了蔬菜温室大棚的可控性能。关键词：温室大棚；供热；采暖热负荷；控制中图分类号：s233the calculation of heating load and t

2、he selection ofrelatedequipment for vegetable greenhousewang libo, tian zhongjing, wang jinhui(agricultural machine research institute of tonghua, jilin tonghua 134100)abstract: according to local climate conditions and vegetable greenhouse structure features,heating load of the greenhouse was calcu

3、lated. the total heating required for greenhouse wasdefined theoretically and the theoretical basis was provided for equipment selection. industrialelectromagnetic heating technology and hot water heaters technology was applied to vegetablegreenhouse heating system, and the stability and convenience

4、 of heating was guaranteed fully. theintelligent temperature and humidity system to were developed, and the intelligent control isintroduced to the vegetable greenhouse, which improved controllability of the vegetablegreenhouse.keywords: greenhouse; heating; heating load; control0 引言我国温室产业起步比较晚。自 70

5、 年代末起，我国先后从日本、美国、荷兰和保加利亚等国引进了现代化温室成套设备1。虽然这些温室技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在较严重问题2。尤其在温室配套设备方面，还存在许多不足，特别是在温室采暖方面，我国的温室采暖设备主要是针对玻璃温室，这种温室造价很高，主要是养护花卉等高价作物3。然而，对于造价相对较低的蔬菜温室大棚来说，目前的采暖设备绝大多数是土法取暖，还没有先进系统的采暖系统，土法采暖方式存在许多缺点，例如浪费燃料、棚内温度不稳定、不易控制、限制温室大棚规模等缺点4。尤其在我国北方，蔬菜温室大棚如果冬季不供暖，就无法生产5，因此研究一种蔬菜温室大棚内应用的供热设备是非常必要

6、的。除此之外，由于价格等问题，针对造价相对较低的蔬菜温室大棚的温湿度控制系统严重缺乏，目前温湿度控制只被用于玻璃温室，而蔬菜温室大棚基本上没有相应的控制系统，因此研究一种价格低廉的温湿度控制系统，也是非常必要的。作者简介：王立波，（1960-），男，高级工程师。主要研究方向：农机设计及农业工程。通信联系人：田忠静，（1975-），女，高级工程师，主要研究方向：农机设计及农业工程。 e-mail:1975-1-40451 热负荷计算温室大棚的保温性能取决于温室样式、尺寸、外维护结构（屋顶、 立面、 门窗）所用材料的热性能和厚度等6。设计温室时， 应根据当地气候条件选择温室的类

7、型、 尺寸， 考虑所用材料的热性能，选择合适的外维护结构材料和结构， 保证达到理想的保温效果， 避免冬季温室内表面结露滴水， 同时在温室内外采用一些保温措施。采暖热负荷是温室采暖设计中最基本的参数，计算正确与否， 将直接影响到供暖设备的大小， 供暖方案的选择、制定以及供暖系统的使用效果7。根据本地的气候特点，大棚结构如下图 1 所示，其维护结构参数见表 1。长64米123100006201、棚膜2、后坡3、后墙图 1 温室大棚结构50fig.1 greenhouse structure表 1：大棚维护结构参数表tab. 1 the structure of maintenance parame

8、ter table名称材料和结构厚度 （mm） 传热系数 （w/m.） 综合传热系数 k（w/m2.）后墙及东西墙后坡前坡水泥砂浆空心砖苯板水泥砂浆水泥砂浆苯板珍珠岩苯板水泥砂浆保温被塑料棚膜10 0.93300 0.811003 0.0410 0.9310 0.93100 0.04100 0.07100 0.0410 0.9330 0.030.2 0.0470.1240.1520.86655温室的散热分为基本散热、冷风渗透散热和温室地面渗透散热三部分。基本传热量是由于室内外空气温度差而通过各部分围护结构（屋面、 墙体等）从室内传向室外的热量；冷风渗透散热是因温室维护结构的密封不严而造成的热量

9、损耗；温室地面渗透散热是由于温室内的地面土壤温度随着土层深度的改变而降低，从而造成热量的流失。因此温室总的采暖热负荷按下式计算：60q = a1a2q1 + q2 + q3式中 q 温室采暖热负荷（kw）；a1 结构附加系数；a2 风力附加系数；q1 温室的基本传热量（kw）；-2-（1）3000180065q2 温室冷风渗透热负荷（kw）；q3 温室地面的总失热量（kw）。1、 基本传热量q1 = k i ai (t n t w )式中：（2）707580q1 通过温室所有围护结构的总传热量（w）； 包括屋面、 墙面、门窗等外围护结构的传热量k i 温室围护结构（屋面、 墙面、门窗等） 的传

10、热系数（w/m 2 k）；ai 温室围护结构（屋面、 墙面、门窗等） 的计算面积（m 2 ）；t n 和 t w 温室内和温室外空气计算温度（）。并且根据当地的气候条件及蔬菜生长适宜温度，取室内温度为零上 15，取室外温度为零下 20，维护结构分为三部分计算，即后墙及东西墙、后坡和前坡三部分，根据结构参数表，将数据带入公式（2）可计算出：q1 = (k1 a1 + k 2 a2 + k 3 a3 )(t n t w )=0.124(115.2+31.35)+0.15290.56+0.866637.44(15+20)=20.438（ kw ）2、 温室冷风渗透热量q2 = v c (t n t

11、w )式中：q2 冷风渗透附加失热；（3）85v 冷风渗透量（ m 3 h ）；c 空气比热（ kj kg c ）, 在计算温度 10-20时 c 值可取1.01 kj kg ct n 和 t w 冬季室内外计算温度； 空气容重（ kg m 3 ）， 在温度是 10、13、16和 20时分别为901.206 kg m 3 、 1.193 kg m 3 、1.81 kg m 3 和 1.164 kg m 3 。-3-假设冷风渗透量为 0.1 m 3 h ，将相关数据带入公式（3），可得q2 = v c (t n t w )=0.11.011.81(15+20)=6.39（ kw ）953、 温室

12、地面的失热量q3 = k di ai (t n t w )式中：q3 通过温室地面的失热量k di 第 i 区地面传热系数（w/m2 ）；（4）100105110115ai 第 i 区的地面面积（m 2 ）；t n 和 t w 温室内和温室外空气计算温度（）。在温室大棚内不同位置的地块温度不同，靠近维护结构的土壤温度较低，因此将温室内的地块分为三个部分，其面积分别为 a1 、a2 、a3 ，其传热系数分别为 k d 1 =0.465 w/m2 2 、k d 2 =0.233 w/m 2 、 k d 3 = 0.116 w/m 2 。根据上表结构参数可计算出 a1 、 a2 、 a3 ，将相关数

13、据的带入公式（4），可得q3 = ( a1 k d1 + a2 k d 2 + a3 k d 3 )(t n t w )=(2800.465 +2480.233+1120.116)(15+20)=7.034（ kw ）根据温室结构，选择温室的附加修正系数 a1 =1.02，风力附加系数 a 2 =1.0，将 q1 、q2 、q3 计算所得的数据及 a1 、 a 2 带入公式（1），可得q = a1a2q1 + q2 + q3=1.021.020.438+6.39+7.034=34.27（ kw ）由上式可见，温室大棚总的采暖热负荷为 34.27（ kw ），所以在选择设备时，只能选择功率大于

14、34.27（ kw ）的供热设备，否则，温室大棚内的温度就达不到预计的零上 15，就会影响蔬菜的生长。-4-2 实施方案和技术路线在总结国内外温室配套设施的优缺点的基础上，分析蔬菜温室大棚的特点及我国北方的气候特征，确定如下实施方案。1201252.1 蔬菜温室大棚供热设备工业电磁加热技术具有升温快、效率高、可控性好、运行稳定等优点，将其用于采暖设备，可提高采暖设备的可靠性，能保证蔬菜温室大棚在冬季安全越冬，并且能降低能源的消耗，减少污染物的排放。高效散热装置采用先进的热水暖风机技术，可大大提高散热的效率，减少热量的消耗，并且能使温室内的空气产生对流，保证温室内的各个角落的温度恒定。2.2 智

15、能控制系统温度传感器否是否高于设定温度130湿度传感器是否高于设定湿度是是控制系统启动采暖设备启动135否通风口图 2 蔬菜温室大棚控制系统原理图fig.2vegetable greenhouse control system diagram140如图 2 所示，利用温度传感器采集温室内的温度，当温度高于设定温度时控制电磁采暖设备停止运行，直到室内温度低于设定温度，此时供热设备自动启动向温室内供热；利用湿度传感器采集温室内的湿度，当湿度高于设定湿度时自动打开通风口，排放湿气，直到室内湿度低于设定湿度，控制系统自动关闭通风口。1451502.3 主要技术指标根据采暖热负荷的计算、内地的气候特点及

16、蔬菜的生长条件，可确定主要技术指标：1）、温室大棚规格（长宽高）：64m10m3m2）、温室内温度：15303）、温室内的相对湿度：白天：50%60%；夜间：80%90%4）、室外平均风速：3m/s5）、电磁炉功率：40kw6）、暖风机总散热功率：60kw-5-3 结束语155160165蔬菜温室大棚供热设备及智能控制系统的研制，为现有的蔬菜温室大棚提供了安全越冬及冬季生产的必要条件，该设备及智能控制系统具有运行稳定、价格低廉、安装维修方便、可控性能好等优点，除此之外，应用该设备大大改善了蔬菜的品相，减少了燃煤造成的空气污染，并且大大提高了蔬菜种植户的经济收入，从而促进当地的经济发展。参考文献 (references)1 郑成武.浅谈我国温室大棚的现状与发展j.安徽农机，2005，23（2）：8-9.2 陈国辉，郭艳玲，宋文龙.温室发展现状及我国温室需解决的主要问题j.林业机械与木工设备，2