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在溫室大棚供暖工程設計中，首先要確定一些設計條件，例如：采暖室外設計溫度、室內設計溫度、室外風(fēng)速等，根據選定的設計條件計算得出的供熱量，稱(chēng)為采暖設計熱負荷。

實(shí)際工程中，由于室外環(huán)境最低溫度一般出現于后半夜至凌晨，此時(shí)的供熱量要求最大，因此溫室設計一般用此刻的供熱量作為采暖設計熱負荷。由于是夜間，因此太陽(yáng)輻射熱量、人體發(fā)熱、照明、設備運行的發(fā)熱量等均忽略不計。夜間也不需要通風(fēng)，不會(huì )頻繁開(kāi)門(mén)開(kāi)窗，則通風(fēng)和開(kāi)門(mén)窗的熱損失忽略不計。

在正常條件下溫室大棚的熱負荷計算考慮因素包含：

（1）經(jīng)過(guò)屋頂、地面、墻、門(mén)窗等圍護結構傳導和輻射出的熱量，設為U1；

（2）加熱經(jīng)過(guò)門(mén)、窗、圍護結構縫隙滲入空氣所需的熱量，設為U2；

（3）在正常條件下溫室的得熱量為：加溫系統的供熱量，設為Q。

這樣，溫室采暖設計熱負荷便簡(jiǎn)化為：

Q=U1+U2

式中Q——溫室供暖熱負荷，W；U1——簡(jiǎn)稱(chēng)圍護結構熱損失，W；U2——簡(jiǎn)稱(chēng)冷風(fēng)滲透熱損，W；即溫室采暖設計熱負荷由經(jīng)過(guò)屋頂、地面、墻、門(mén)窗等圍護結構傳導出和輻射出的熱量和室內空氣經(jīng)過(guò)門(mén)、窗、圍護結構縫隙逸出所帶走的熱量?jì)刹糠纸M成。

一、工程概況

以河北省石家莊某玻璃結構溫室大棚為例，尺寸為：長(cháng)50m，寬15M，高3M。其他結構等詳見(jiàn)下文。

二、了解室外、室內計算溫度

溫室與普通民用建筑不同，普通建筑材料(磚、鋼筋混凝土等)的熱惰性比較大，環(huán)境氣溫變化時(shí)，根據其熱惰性不同，一般需要幾個(gè)小時(shí)，才能波及到室內，且波動(dòng)幅度也較小，因此民用建筑采暖設計溫度采用日平均溫度作為統計計算值。而作為溫室透光覆蓋材料的玻璃、塑料薄膜或PC板等材料的熱惰性都很小，保溫能力較差，當室外溫度發(fā)生變化時(shí)，室內溫度跟隨其波動(dòng)響應時(shí)間很短（如玻璃僅幾分鐘），基本沒(méi)有滯后，溫度波動(dòng)幅度與室外溫度變化相當。因此不能按普通民用建筑采暖溫度的取值方法確定。

我國機械行業(yè)標準《溫室加溫系統設計規范JB/T10297--2014》中建議采用近20年最冷日溫度的平均值作為室外設計溫度推薦值。

表格1：室外設計溫度推薦值/℃

表格2：溫室常見(jiàn)果菜的適宜溫度范圍/℃

摘自：中華人民共和國機械行業(yè)標準JB/T10297--2014《溫室加熱系統設計規范》。

如果沒(méi)有特定種植品種的計劃，采暖室內設計溫度應該以喜溫作物為設計對象。同樣是喜溫作物，蔬菜和花卉所要求的最低溫度可能不同。典型的喜溫蔬菜，如黃瓜和番茄，其最低生長(cháng)發(fā)育溫度在12～16℃，有些品種可能要求18℃，一般可將室內設計溫度設定為15℃比較適宜?；ɑ芷贩N對溫度的要求范圍較寬，從10～22℃不等，一般考慮應在15～18℃；本方案取16℃.

三、花卉溫室大棚圍護結構傳熱計算

通過(guò)溫室圍護結構的傳熱量包括基本傳熱量和附加傳熱量?jì)刹糠?/strong>?；緜鳠崃渴峭ㄟ^(guò)溫室各部分圍護結構(屋面、墻體等)由于室內外空氣的溫度差從室內傳向室外的熱量。附加傳熱量是由于溫室結構材料、風(fēng)力、氣象條件等的不同，對基本傳熱量的修正。

（1）基本傳熱量

花卉溫室大棚的尺寸為：長(cháng)50m，寬15M，高3M，圍護結構傳熱計算

基本傳熱量圍護結構的基本傳熱量是根據穩定傳熱理論進(jìn)行計算，即整個(gè)溫室的基本傳熱量等于它的各個(gè)圍護結構基本傳熱量的總和。即

Q1＝∑qi＝∑KiFi(Tn-Tw)

＝4.0W/(㎡．K)×（50m×15m+50m×3m×2面+15m×3m×2面）×【16℃-（-12℃）】

＝127680W=127.7KW

式中：Q1——通過(guò)溫室所有圍護結構的總傳熱量，包括屋面、墻面、門(mén)、窗等外圍護結構的傳熱量，W；Ki——溫室圍護結構(屋面、墻面、門(mén)、窗等)的傳熱系數，W/(㎡．K)；Fi——溫室圍護結構(屋面、墻面、門(mén)、窗等)的傳熱面積，㎡；Tn，Tw——分別為溫室室內外采暖設計溫度，℃。

對于單一材料的圍護結構，材料的傳熱系數K可直接從有關(guān)手冊查取。下表列出了溫室圍護常用透光覆蓋材料傳熱系數。對特殊溫室透光覆蓋材料，應咨詢(xún)生產(chǎn)廠(chǎng)家。

表格3：溫室圍護結構常用材料傳熱系數K/[W/(㎡．K)]

（2）附加傳熱量

按照穩定傳熱計算出的溫室圍護結構的基本傳熱量，并不是溫室的全部耗熱量，因為溫室的耗熱量還與它所處的地理位置和它的現狀等因素(如高度、朝向、風(fēng)速等)有關(guān)。這些因素是很復雜的，不可能進(jìn)行非常細致的計算。工程計算中，是根據多年累積的經(jīng)驗按基本傳熱量的百分率進(jìn)行附加予以修正。對溫室工程，這些附加修正主要包括結構形式修正和風(fēng)力修正。

a.結構形式修正(α１) 溫室透光覆蓋材料必須有相應的結構支撐。目前支撐結構的材料多為金屬，主要為鋁合金。相比透光覆蓋材料，（熱泵市場(chǎng) 水?。╄偳哆@些覆蓋材料的金屬材料其傳熱速度和傳熱量都高，而且鑲嵌覆蓋材料所用的鋁合金條越多，附加傳熱量就越大。此外，溫室的天溝、屋脊、窗框和骨架等都是增大傳熱量的因素。工程計算中，統一考慮上述因素，采用結構形式附加傳熱量進(jìn)行修正，不同溫室結構形式的附加修正系數見(jiàn)表4。

表格4：溫室結構形式附加修正系數

b.風(fēng)力修正(α２) 風(fēng)對溫室的傳熱量影響較大，這是因為溫室圍護結構與外界的溫熱主要由圍護結構的外表面與環(huán)境空氣的對流換熱和輻射兩部分組成，其中對流換熱與室夕風(fēng)速有關(guān)。室外風(fēng)速直接影響圍護結構外表面換熱系數，（熱泵市場(chǎng)水?。╋L(fēng)速越大，表面換熱系數越大，才應傳熱越快。

在計算圍護結構基本傳熱量時(shí)，所選用的外表面換熱系數是對應于某個(gè)固定自室外風(fēng)速值得來(lái)的。工業(yè)與民用建筑由于圍護結構傳熱熱阻遠高于溫室，風(fēng)速對外表面放熱系數的影響在整個(gè)圍護結構散熱量中所占比例很小，一般不予考慮，但溫室由于透光覆蓋材料的熱阻一般都較小，表面放熱系數的變化對整個(gè)散熱量影響較大，在冬季加溫期間風(fēng)力指續較大的地區，必須在供熱計算中考慮風(fēng)力影響因素。

一般隨風(fēng)速變化采用風(fēng)力附加修正系數來(lái)考慮風(fēng)速對溫室基本傳熱量的增量。下表給出了風(fēng)力附加修正系數的取值范圍。

表格5：風(fēng)力附加修正系數

（3）冷風(fēng)滲透熱損失

冬季，室外冷空氣經(jīng)常會(huì )通過(guò)鑲嵌透光覆蓋材料的縫隙、門(mén)窗縫隙，或由于開(kāi)門(mén)、開(kāi)窗而進(jìn)入室內。這部分冷空氣從室外溫度加熱到室內溫度所需的熱量稱(chēng)為冷風(fēng)滲透熱損失。

Q2＝Cpm(Tn-Tw)＝CpNVγ/(Tn一Tw)

＝0.00028kw．h/(kg·℃)×1.25×（50m×15m×3m）×1.365×【16℃-（-12℃）】

＝30.1kw

式中：Q2——溫室冷風(fēng)滲透熱損失，W；Cp——空氣的定壓比熱，Cp＝0.00028kW．h/(kg·℃)；m——冷風(fēng)滲透進(jìn)入溫室的空氣質(zhì)量，kg；m＝NVγN——溫室與外界的空氣交換率，亦稱(chēng)換氣次數，以每小時(shí)的完全換氣次數為單位；V——溫室內部體積，m3；γ——空氣的容重，kg/m3。

上式中N與V的乘積是以m3/h為單位的換氣速率。不同結構溫室的換氣次數見(jiàn)表6，同溫度下空氣的容重如表7。

表格6：不同結構溫室設計換氣次數

表格7：不同溫度下空氣的容重

（4）地面傳熱熱損失

溫室地面的傳熱情況與墻、屋面有很大區別。室內空氣直接傳給地面的熱量不能用Q＝KAΔt來(lái)計算，因為土壤的厚度無(wú)法計算，向土壤深處傳熱位置的溫度也是一個(gè)未知數，土壤各層的傳熱系數K就更難確定。

分析溫室空氣向土壤的傳熱溫度場(chǎng)發(fā)現，加溫期間溫室地面溫度穩定接近室內空氣溫度，溫室中部向土壤深層的傳熱量很小，只有在靠近溫室外墻地面的局部傳熱較大，而且越靠近外墻，溫度場(chǎng)變化越大，傳熱量也越多，這部分熱量主要是通過(guò)溫室外墻傳向室外。

由于上述溫度場(chǎng)的變化比較復雜，要準確計算傳熱量是很困難的。為此，在工程上采用了簡(jiǎn)化計算方法，即假定傳熱系數法。

Q3＝∑KiFi(Tn一Tw)

＝0.47×（48m×13m）×【16℃—（—12℃）】

＝8211.8W=8.2KW

式中：Q3——通過(guò)溫室地面的總傳熱量，W；Ki——第i區的地面傳熱系數，W/(㎡．K)；Fi——第i區的地面面積，㎡；Tn,Tw——分別為溫室室內外采暖設計溫度，℃。

鑒于外界氣溫對地面各段傳熱影響不同，地面傳熱系數也隨之各異，靠近外墻的地面，由于熱流經(jīng)過(guò)的路程較短，熱阻小，傳熱系數就大，而距外墻較遠的地方傳熱系數就小。根據實(shí)驗知道，在距外墻6m以?xún)鹊牡孛?，（熱泵市?chǎng) 水?。┢鋫鳠崃颗c距外墻的距離有較顯著(zhù)的關(guān)系，6m以外則幾乎與距離無(wú)關(guān)。因此，在工程中一般采用近似計算，將距外墻8m以?xún)鹊牡囟畏譃槊?m寬為一地帶。在地面無(wú)保溫層的條件下，各帶的傳熱系數如表8。

需要說(shuō)明的是位于墻角第一個(gè)2m內的2m×2m面積的熱流量是較強的應加倍計算。如果溫室采用半地下式，即將室外地坪以下的墻體作為地面，順序推進(jìn)。

表格8：地面分段及假定傳熱系數/[W/(㎡．℃)]

四、溫室采暖熱負荷

溫室的采暖熱負荷按下式計算：

Q＝α1α2Ql+Q2+Q3

＝1.04×1.08×127.7KW+30.1kw+8.2KW

＝181.7kw

式中：Q——溫室采暖熱負荷，W；α1——結構附加系數；α2——風(fēng)力附加系數；Q1——溫室的基本傳熱量，W；Q2——溫室的冷風(fēng)滲透熱負荷，W；Q3——溫室的地面傳熱量，W。

五、熱泵選型

有了熱負荷指標之后，就可以依據低溫空氣源熱泵的制熱性能曲線(xiàn)來(lái)選取。需要指出的是，本案例應該按照表09所示，中華人民共和國機械行業(yè)標準《溫室加熱系統設計規范》JB/T10297—2001所推薦的-12℃（石家莊）來(lái)進(jìn)行選型。實(shí)際操作中也可以考慮適當增加電輔助來(lái)減少熱泵主機的初投資費用。