蔬菜溫室大棚采暖熱負(fù)荷的計(jì)算及相關(guān)設(shè)備的選擇

1、蔬菜溫室大棚采暖熱負(fù)荷的計(jì)算及相關(guān)設(shè)備的選擇王立波，田忠靜，王金輝*5101520253035（吉林省通化市農(nóng)機(jī)工程研究設(shè)計(jì)院，吉林 通化 134000）摘要：根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和蔬菜溫室大棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)算了大棚的采暖熱負(fù)荷。從理論上確定了溫室大棚所需供熱的總熱量，為設(shè)備的選擇提供了理論基礎(chǔ)。將工業(yè)電磁加熱技術(shù)及熱水暖風(fēng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚供熱系統(tǒng)，充分保證了供熱的穩(wěn)定性及便利性。開(kāi)發(fā)了溫濕度智能系統(tǒng)，將智能控制引入到蔬菜溫室大棚，提高了蔬菜溫室大棚的可控性能。關(guān)鍵詞：溫室大棚；供熱；采暖熱負(fù)荷；控制中圖分類號(hào)：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 引言我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。自 70

5、 年代末起，我國(guó)先后從日本、美國(guó)、荷蘭和保加利亞等國(guó)引進(jìn)了現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備1。雖然這些溫室技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)，但在我國(guó)的使用過(guò)程中還存在較嚴(yán)重問(wèn)題2。尤其在溫室配套設(shè)備方面，還存在許多不足，特別是在溫室采暖方面，我國(guó)的溫室采暖設(shè)備主要是針對(duì)玻璃溫室，這種溫室造價(jià)很高，主要是養(yǎng)護(hù)花卉等高價(jià)作物3。然而，對(duì)于造價(jià)相對(duì)較低的蔬菜溫室大棚來(lái)說(shuō)，目前的采暖設(shè)備絕大多數(shù)是土法取暖，還沒(méi)有先進(jìn)系統(tǒng)的采暖系統(tǒng)，土法采暖方式存在許多缺點(diǎn)，例如浪費(fèi)燃料、棚內(nèi)溫度不穩(wěn)定、不易控制、限制溫室大棚規(guī)模等缺點(diǎn)4。尤其在我國(guó)北方，蔬菜溫室大棚如果冬季不供暖，就無(wú)法生產(chǎn)5，因此研究一種蔬菜溫室大棚內(nèi)應(yīng)用的供熱設(shè)備是非常必要

6、的。除此之外，由于價(jià)格等問(wèn)題，針對(duì)造價(jià)相對(duì)較低的蔬菜溫室大棚的溫濕度控制系統(tǒng)嚴(yán)重缺乏，目前溫濕度控制只被用于玻璃溫室，而蔬菜溫室大棚基本上沒(méi)有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，因此研究一種價(jià)格低廉的溫濕度控制系統(tǒng)，也是非常必要的。作者簡(jiǎn)介：王立波，（1960-），男，高級(jí)工程師。主要研究方向：農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)及農(nóng)業(yè)工程。通信聯(lián)系人：田忠靜，（1975-），女，高級(jí)工程師，主要研究方向：農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)及農(nóng)業(yè)工程。 e-mail:1975-1-40451 熱負(fù)荷計(jì)算溫室大棚的保溫性能取決于溫室樣式、尺寸、外維護(hù)結(jié)構(gòu)（屋頂、 立面、 門(mén)窗）所用材料的熱性能和厚度等6。設(shè)計(jì)溫室時(shí)， 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件選擇溫室的類

7、型、 尺寸， 考慮所用材料的熱性能，選擇合適的外維護(hù)結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)， 保證達(dá)到理想的保溫效果， 避免冬季溫室內(nèi)表面結(jié)露滴水， 同時(shí)在溫室內(nèi)外采用一些保溫措施。采暖熱負(fù)荷是溫室采暖設(shè)計(jì)中最基本的參數(shù)，計(jì)算正確與否， 將直接影響到供暖設(shè)備的大小， 供暖方案的選擇、制定以及供暖系統(tǒng)的使用效果7。根據(jù)本地的氣候特點(diǎn)，大棚結(jié)構(gòu)如下圖 1 所示，其維護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表 1。長(zhǎng)64米123100006201、棚膜2、后坡3、后墻圖 1 溫室大棚結(jié)構(gòu)50fig.1 greenhouse structure表 1：大棚維護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表tab. 1 the structure of maintenance parame

8、ter table名稱材料和結(jié)構(gòu)厚度 （mm） 傳熱系數(shù) （w/m.） 綜合傳熱系數(shù) k（w/m2.）后墻及東西墻后坡前坡水泥砂漿空心磚苯板水泥砂漿水泥砂漿苯板珍珠巖苯板水泥砂漿保溫被塑料棚膜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溫室的散熱分為基本散熱、冷風(fēng)滲透散熱和溫室地面滲透散熱三部分。基本傳熱量是由于室內(nèi)外空氣溫度差而通過(guò)各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面、 墻體等）從室內(nèi)傳向室外的熱量；冷風(fēng)滲透散熱是因溫室維護(hù)結(jié)構(gòu)的密封不嚴(yán)而造成的熱量

9、損耗；溫室地面滲透散熱是由于溫室內(nèi)的地面土壤溫度隨著土層深度的改變而降低，從而造成熱量的流失。因此溫室總的采暖熱負(fù)荷按下式計(jì)算：60q = a1a2q1 + q2 + q3式中 q 溫室采暖熱負(fù)荷（kw）；a1 結(jié)構(gòu)附加系數(shù)；a2 風(fēng)力附加系數(shù)；q1 溫室的基本傳熱量（kw）；-2-（1）3000180065q2 溫室冷風(fēng)滲透熱負(fù)荷（kw）；q3 溫室地面的總失熱量（kw）。1、 基本傳熱量q1 = k i ai (t n t w )式中：（2）707580q1 通過(guò)溫室所有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的總傳熱量（w）； 包括屋面、 墻面、門(mén)窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量k i 溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面、 墻面、門(mén)窗等） 的傳

10、熱系數(shù)（w/m 2 k）；ai 溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋面、 墻面、門(mén)窗等） 的計(jì)算面積（m 2 ）；t n 和 t w 溫室內(nèi)和溫室外空氣計(jì)算溫度（）。并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件及蔬菜生長(zhǎng)適宜溫度，取室內(nèi)溫度為零上 15，取室外溫度為零下 20，維護(hù)結(jié)構(gòu)分為三部分計(jì)算，即后墻及東西墻、后坡和前坡三部分，根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表，將數(shù)據(jù)帶入公式（2）可計(jì)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、 溫室冷風(fēng)滲透熱量q2 = v c (t n t

11、w )式中：q2 冷風(fēng)滲透附加失熱；（3）85v 冷風(fēng)滲透量（ m 3 h ）；c 空氣比熱（ kj kg c ）, 在計(jì)算溫度 10-20時(shí) c 值可取1.01 kj kg ct n 和 t w 冬季室內(nèi)外計(jì)算溫度； 空氣容重（ kg m 3 ）， 在溫度是 10、13、16和 20時(shí)分別為901.206 kg m 3 、 1.193 kg m 3 、1.81 kg m 3 和 1.164 kg m 3 。-3-假設(shè)冷風(fēng)滲透量為 0.1 m 3 h ，將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式（3），可得q2 = v c (t n t w )=0.11.011.81(15+20)=6.39（ kw ）953、 溫室

12、地面的失熱量q3 = k di ai (t n t w )式中：q3 通過(guò)溫室地面的失熱量k di 第 i 區(qū)地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（w/m2 ）；（4）100105110115ai 第 i 區(qū)的地面面積（m 2 ）；t n 和 t w 溫室內(nèi)和溫室外空氣計(jì)算溫度（）。在溫室大棚內(nèi)不同位置的地塊溫度不同，靠近維護(hù)結(jié)構(gòu)的土壤溫度較低，因此將溫室內(nèi)的地塊分為三個(gè)部分，其面積分別為 a1 、a2 、a3 ，其傳熱系數(shù)分別為 k d 1 =0.465 w/m2 2 、k d 2 =0.233 w/m 2 、 k d 3 = 0.116 w/m 2 。根據(jù)上表結(jié)構(gòu)參數(shù)可計(jì)算出 a1 、 a2 、 a3 ，將相關(guān)數(shù)

13、據(jù)的帶入公式（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 ）根據(jù)溫室結(jié)構(gòu)，選擇溫室的附加修正系數(shù) a1 =1.02，風(fēng)力附加系數(shù) a 2 =1.0，將 q1 、q2 、q3 計(jì)算所得的數(shù)據(jù)及 a1 、 a 2 帶入公式（1），可得q = a1a2q1 + q2 + q3=1.021.020.438+6.39+7.034=34.27（ kw ）由上式可見(jiàn)，溫室大棚總的采暖熱負(fù)荷為 34.27（ kw ），所以在選擇設(shè)備時(shí)，只能選擇功率大于

14、34.27（ kw ）的供熱設(shè)備，否則，溫室大棚內(nèi)的溫度就達(dá)不到預(yù)計(jì)的零上 15，就會(huì)影響蔬菜的生長(zhǎng)。-4-2 實(shí)施方案和技術(shù)路線在總結(jié)國(guó)內(nèi)外溫室配套設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析蔬菜溫室大棚的特點(diǎn)及我國(guó)北方的氣候特征，確定如下實(shí)施方案。1201252.1 蔬菜溫室大棚供熱設(shè)備工業(yè)電磁加熱技術(shù)具有升溫快、效率高、可控性好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，將其用于采暖設(shè)備，可提高采暖設(shè)備的可靠性，能保證蔬菜溫室大棚在冬季安全越冬，并且能降低能源的消耗，減少污染物的排放。高效散熱裝置采用先進(jìn)的熱水暖風(fēng)機(jī)技術(shù)，可大大提高散熱的效率，減少熱量的消耗，并且能使溫室內(nèi)的空氣產(chǎn)生對(duì)流，保證溫室內(nèi)的各個(gè)角落的溫度恒定。2.2 智

15、能控制系統(tǒng)溫度傳感器否是否高于設(shè)定溫度130濕度傳感器是否高于設(shè)定濕度是是控制系統(tǒng)啟動(dòng)采暖設(shè)備啟動(dòng)135否通風(fēng)口圖 2 蔬菜溫室大棚控制系統(tǒng)原理圖fig.2vegetable greenhouse control system diagram140如圖 2 所示，利用溫度傳感器采集溫室內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)控制電磁采暖設(shè)備停止運(yùn)行，直到室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度，此時(shí)供熱設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)向溫室內(nèi)供熱；利用濕度傳感器采集溫室內(nèi)的濕度，當(dāng)濕度高于設(shè)定濕度時(shí)自動(dòng)打開(kāi)通風(fēng)口，排放濕氣，直到室內(nèi)濕度低于設(shè)定濕度，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)口。1451502.3 主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)采暖熱負(fù)荷的計(jì)算、內(nèi)地的氣候特點(diǎn)及

16、蔬菜的生長(zhǎng)條件，可確定主要技術(shù)指標(biāo)：1）、溫室大棚規(guī)格（長(zhǎng)寬高）：64m10m3m2）、溫室內(nèi)溫度：15303）、溫室內(nèi)的相對(duì)濕度：白天：50%60%；夜間：80%90%4）、室外平均風(fēng)速：3m/s5）、電磁爐功率：40kw6）、暖風(fēng)機(jī)總散熱功率：60kw-5-3 結(jié)束語(yǔ)155160165蔬菜溫室大棚供熱設(shè)備及智能控制系統(tǒng)的研制，為現(xiàn)有的蔬菜溫室大棚提供了安全越冬及冬季生產(chǎn)的必要條件，該設(shè)備及智能控制系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、價(jià)格低廉、安裝維修方便、可控性能好等優(yōu)點(diǎn)，除此之外，應(yīng)用該設(shè)備大大改善了蔬菜的品相，減少了燃煤造成的空氣污染，并且大大提高了蔬菜種植戶的經(jīng)濟(jì)收入，從而促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。參考文獻(xiàn) (references)1 鄭成武.淺談我國(guó)溫室大棚的現(xiàn)狀與發(fā)展j.安徽農(nóng)機(jī)，2005，23（2）：8-9.2 陳國(guó)輝，郭艷玲，宋文龍.溫室發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)溫室需解決的主要問(wèn)題j.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2