溫室大棚采暖熱負荷計算

薛東巖　黃光潔　陳啟永　于偉國

摘要：本文計算了通化地區(qū)常見的溫室大棚熱負荷，通過對傳熱損失、滲透熱損失以及地面熱損失的計算，選擇出合理的采暖裝置。

關(guān)鍵詞： 溫室大棚供暖； 傳熱損失； 滲透熱損失 ；地面熱損失

吉林省科技發(fā)展計劃資助項目：項目名稱溫室大棚供熱設備及智能控制系統(tǒng)的研制 （項目編號20160411004XH ）

中圖分類號： S233 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.029

在東北地區(qū)，農(nóng)村地區(qū)冬季溫室大棚供暖一般都是憑經(jīng)驗進行的，基本沒有溫室大棚采暖熱負荷的計算，本文就通化地區(qū)常見的溫室大棚進行了熱負荷的計算，這樣在選擇安裝采暖裝置時就有了依據(jù)。

本大棚是農(nóng)村中常見大棚，其外形尺寸如圖1：

熱負荷計算

一般來說，溫室內(nèi)最大加熱負荷出現(xiàn)在冬季最寒冷的夜間，不同的作物、不同品種、不同生長階段，對溫度有不同的要求，本溫室種植的是草莓，夜間最低氣溫10℃。

故取室內(nèi)溫度t內(nèi)=10℃

近20年平均最低氣溫為-20℃

故取室外溫度t外=-20℃

1傳熱損失Q1

Q1=Σμj Aj（t內(nèi)-t外） （1）

式中：

Q1：溫室維護結(jié)構(gòu)（包括墻體、透光屋面、不透光后坡和門窗等）的傳熱損失，W；

μj：第j種圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù) W/m2K

Aj：第j種圍護結(jié)構(gòu)的表面積，m2

t內(nèi)：室內(nèi)溫度，℃

t外：室外溫度，℃

此大棚有兩種圍護結(jié)構(gòu)，圖1中的1和2，塑料薄膜部分，3墻體部分。

傳熱系數(shù)u是熱阻的倒數(shù)，對于多層復合圍護結(jié)構(gòu)，傳熱倒數(shù)u可由式2計算

u=1/R=1/（Σδi/λi） （2）

R：圍護結(jié)構(gòu)總熱阻

δi：第i層圍護材料厚度，m

λi：第i層圍護材料導熱系數(shù)

單層聚乙烯膜的傳熱系數(shù)u為6.8，覆棉氈（厚度為0.03m，導熱系數(shù)λ為0.04），計算u1得：

u1=1/（（1/6.8）+0.03/0.04）=1.115

由式2計算墻體u2值：其中墻體厚度370mm磚墻（u值為2.2），覆3cm苯板（導熱系數(shù)λ為0.03）

u2=1/（（1/2.2）+0.03/0.03）=0.69

根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)可以算出Q1

A1塑料薄膜面積720m2，A2墻體面積165m2

Q1=（u1×A1+u2×A2）（t內(nèi)-t外）=（1.115×720+0.69×165）×（10-（-20））=27.5KW

2滲透熱損失Q2

Q2=0.5k風速VN（t內(nèi)-t外） （3）

式中：

Q2：滲透熱損失

V：溫室空氣體積

N：每小時換氣次數(shù)

k風速：風力因子

溫室空氣體積V=S側(cè)面積×L大棚長=26.1×60=1566m3

風力因子取值1.00，換氣次數(shù)取值1.2

根據(jù)式（3）計算：

Q2=0.5×1.00×1566×1.2×（10-（-20））=28.188KW

3地面熱損失Q3

Q3=ΣuiAi（t內(nèi)-t外） （4）

式中：

Q3：地面熱損失

ui：第i區(qū)地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

Ai：第i區(qū)面積

本大棚10米寬，故只有1個區(qū)，u取值0.24，地面面積600平方米。

根據(jù)式（4）計算

Q3=0.24×600×（10-（-20））=4.32KW

4綜上所述

溫室采暖總熱負荷

Q=Q1+Q2+Q3=27.5+28.2+4.3=60kw

5溫室大棚需散熱器數(shù)量數(shù)量n

選擇常見的鋼柱式散熱器，計算柱數(shù)公式

n=（Q/q）β1β2β3 （5）

n：需用散熱器柱數(shù)

Q：溫室熱負荷

Q：散熱器單位（每柱散熱量）

β1：組裝片數(shù)或長度修正系數(shù)

β2：支管連接形式修正系數(shù)

β3：流量修正系數(shù)

鋼柱型散熱器，每組20柱，故β1=1.05，

鋼柱型散熱器，連接形式上進下出，故β2=1.004

流量倍數(shù)3倍，故β3=0.86

根據(jù)式（5）計算柱型散熱器數(shù)量：

n=（Q/q）β1β2β3=（60/0.154）×1.05×1.004×0.86=353.2柱

為保險起見，增加20%保險系數(shù)，所用柱數(shù)：

N=n×（1+20%）=353.2×1.2=423.6柱

取整，選擇20柱一組散熱器，共計22組散熱器。故這個溫室大棚一共用22組鋼柱式散熱器。

作者簡介：薛東巖，通化市農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣中心，高級工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械技術(shù)及推廣。