第二章农业设施的采暖.ppt

第二章 农业设施的采暖 加温系统设备发电机发电机贮热水塔贮热水塔锅炉锅炉温室加温系统温室加温系统加温系统轨道式管道轨道式管道冠层加热管道冠层加热管道地面加热管道地面加热管道空气均匀加热系统空气均匀加热系统第一节 农业设施采暖系统设计热负荷一、农业设施中的热平衡分析农业设施中的热平衡农业设施中的热平衡：为维持农业设施内部温度相对稳定，保持其输入和输出的热量之间的动态平衡冬季采暖系统热负荷冬季采暖系统热负荷：在某一室外温度to作用下，为了达到要求的设施内温度ti，采暖系统在单位时间内向农业设施内部供给的热量（一）温室的热平衡分析Qs——温室内吸收的太阳辐射热量，温室内吸收的太阳辐射热量，W；；Qm ——设备（电机、照明等）发热量，设备（电机、照明等）发热量，W；；Qh——加温热量，加温热量，W；；Qr ——土壤、作物等呼吸放热，土壤、作物等呼吸放热，W；；Qw——经过覆盖材料的传热量（对流、辐射），经过覆盖材料的传热量（对流、辐射），W；；Qf——地中传热量，地中传热量，W；；Qvl——通风气流带出的潜热量，通风气流带出的潜热量，W；；Qvs——通风气流带出的显热量，通风气流带出的显热量，W；；Qp ——温室内植物光合作用耗热量，温室内植物光合作用耗热量，W；；v在各种热量得失中，作物、土壤等呼吸放热量Qr和光合作用耗热量Qp一般较小，可以忽略不计；设备发热量Qm一般也不大，可以忽略不计。

夜间采暖热负荷 对流30 地中传热地中传热Qf 10 冷风渗透冷风渗透Qv10 对流45 长波辐射50 加温热量加温热量Qh100夜间加温温室中的能量传递夜间加温温室中的能量传递夜间加温温室中的能量传递夜间加温温室中的能量传递覆盖层传热覆盖层传热Qw其中1、温室内吸收的太阳辐射热量QsvS—室外水平面太阳辐射照度，W/m2；vAs—温室地面面积，m2；v —室内日照反射率，一般约为0.1；v —温室覆盖材料对太阳辐射的投射率va—温室受热面积修正系数，一般取a＝1.0～1.3；各种透光覆盖材料对太阳的投射率v在晴天，室外水平面太阳总辐射照度为：在晴天，室外水平面太阳总辐射照度为： a a —— 太阳高度角，太阳高度角，为为太阳与太阳与观观察地点察地点联线联线与地平与地平线线之之夹夹角；角；L ——所在地的北所在地的北纬纬纬纬度度H ——时间时间角，角，为为偏离正午的小偏离正午的小时时数数×15 °，午前，午前为负为负，午后，午后为为正正v t ——计算时刻（计算时刻（0—24时）；时）；v ——太阳赤纬角，地球太阳连线与地球赤道太阳赤纬角，地球太阳连线与地球赤道 平面的夹角；平面的夹角；v n —— 从从1月月1日至计算日的天数；日至计算日的天数；v A，，B，，C —— 计算常数。

计算常数太阳总辐射照度计算中的常数日日 期期A（（W/m2））B（无量（无量纲值纲值））C（无量（无量纲值纲值））1 1月月2121日日2 2月月2121日日3 3月月2121日日4 4月月2121日日5 5月月2121日日6 6月月2121日日7 7月月2121日日8 8月月2121日日9 9月月2121日日1010月月2121日日1111月月2121日日1212月月2121日日1230123012141214118511851135113511031103108810881085108511071107115111511192119212201220123312330.1420.1420.1440.1440.1560.1560.1800.1800.1960.1960.2050.2050.2070.2070.2010.2010.1770.1770.1600.1600.1490.1490.1420.1420.0580.0580.0600.0600.0710.0710.0970.0970.1210.1210.1340.1340.1360.1360.1220.1220.0920.0920.0730.0730.0630.0630.0570.0572、通过围护结构材料的传热量QwvKj—— 温室各部分覆盖层的传热系数温室各部分覆盖层的传热系数,W/(m2·℃℃)vAg j——温室覆盖层各部分面积，温室覆盖层各部分面积，m2；；vti—— 室内计算气温，室内计算气温，℃℃；；vto—— 室外计算气温，室外计算气温，℃℃。

vi，o—温室覆盖层内表面及外表面换热系数v —温室各覆盖层材料的厚度v —温室各覆盖层材料的导热系数非透明多层覆盖v某畜禽舍的墙体采用370mm厚砖砌体（导热系数为λ＝0.78W/(m·℃)），外侧为20mm厚水泥砂浆（λ＝0.86W/(m·℃)），内侧为20mm厚水泥膨胀珍珠岩（λ＝0.2W/(m·℃)），内、外表面换热系数分别为8.7与23 W/(m2·℃)，则墙体的传热系数和传热阻分别为多少？ 思考题：3、地中传热量QfvAsk——温室地面各部分面积，温室地面各部分面积，m2vKsk——温室地面各部分传热系数，温室地面各部分传热系数，W/(m2·℃℃)中国，工民建筑地面中国，工民建筑地面面积划分及传热系数 2m 2m 2m Ksk=0.465 Ksk=0.233 Ksk=0.116 Ksk=0.070 v荷兰，温室计算面积距周边的距离荷兰，温室计算面积距周边的距离vb<10mKsk = 0.233 W/(m2·℃℃)vb=10~20mKsk = 0.116 W/(m2·℃℃)vb=20~30mKsk = 0.058 W/(m2·℃℃)贴土保温地面各地带的热阻值vR0′—贴土保温地面的热阻vR0—非保温地面的热阻v —各保温层厚度v —各保温材料的导热系数4、通风耗热量Qvs和Qvlv（（1）显热损失）显热损失QvsvL——通风量，通风量，m3/s；；vρa—— 室内空气的密度，室内空气的密度，kg/m3, 按排按排风量量计算：算：ρa ≈353/( ti+273) 按按进风量量计算：算：ρa ≈353/( to+273)vcp—— 空气的定压质量比热容，可取空气的定压质量比热容，可取cp＝＝1030J/(kg·℃℃)；；v（2）潜热损失Qvlve—通风潜热损失与温室吸收的太阳辐射热之比，与影响室内地面和植物等蒸发与蒸腾因素有关，一般e=0.4~0.6。

v（3）通风量Lvn—温室的换气次数，次/hvV—温室体积，m3温室因自然渗透的换气次数温 室 结 构 换 气 次 数 （次/h）新温室，玻璃或玻璃纤维板0.7 — 1.5新温室，双层塑料薄膜0.5 — 1.0旧温室1.0 — 2.0旧温室，玻璃状态差 2.0 — 4.0 5、采暖系统热负荷v —包括围护结构和地面传热 采暖热负荷简化估算 vU—经验热负荷系数，经验热负荷系数， 玻璃覆盖玻璃覆盖U = 6.4 W/m2.℃℃，聚乙烯膜覆盖，聚乙烯膜覆盖U = 7.3 W/m2.℃℃ vAg——温室覆盖表面积，温室覆盖表面积，m2；；vAs——温室地面面积，温室地面面积，m2；；vββ——保温比（保温比（As/Ag），连栋温室），连栋温室ββ=0.7～～0.8，，单栋温室单栋温室ββ=0.5～～0.6v ——保温覆盖的热节省率，保温覆盖的热节省率，0.25~0.65覆覆 盖盖 方方 式式覆覆 盖盖 材材 料料传热传热系数系数K热节热节省率省率a a( (％％)单层单层覆盖覆盖玻玻 璃璃6.20聚乙聚乙烯烯薄膜薄膜6.6-6.5室室内内保保温温覆覆盖盖固定双固定双层层覆盖覆盖玻璃玻璃+聚聚氯氯乙乙烯烯薄膜薄膜3.740双双层层聚乙聚乙烯烯薄膜薄膜4.035中空塑料板材中空塑料板材3.543单层单层活活动动保温幕保温幕聚乙聚乙烯烯薄膜薄膜4.331聚聚氯氯乙乙烯烯薄膜薄膜4.035无无 纺纺 布布4.724混混铝铝薄膜薄膜3.740镀铝镀铝薄膜薄膜3.150多多层层覆盖覆盖二二层层聚乙聚乙烯烯薄膜保温帘薄膜保温帘3.445聚乙聚乙烯烯薄膜薄膜+镀铝镀铝薄膜保温帘薄膜保温帘2.265双双层层充气膜＋充气膜＋缀铝缀铝膜保温帘膜保温帘(镀铝镀铝膜条比例膜条比例66%)2.953充填保温材料充填保温材料发发泡聚苯乙泡聚苯乙烯颗烯颗粒（厚粒（厚10cm））0.4590室外室外覆盖覆盖活活动动覆盖覆盖稻稻 草草 帘帘2.461苇苇 帘帘2.265复合材料保温被复合材料保温被2.1～～2.461～～66思考题：v1、一栋面积为2880m2的玻璃温室，其保温比为0.75，无保温幕。

当室外气温为-12℃，室内气温要维持在15℃时所需加温热量为多少？v2、北京地区某连栋玻璃（单层）温室，面积为76.8×40=3072m2，温室内空间的体积为14000m3，夜间室内覆盖缀铝膜保温幕（全部覆盖面积平均传热系数为3.4W/(m2·℃)）室内种植喜温蔬菜，冬季夜间室外计算气温为-12℃，要求夜间室内气温不低于15℃，试计算温室的采暖热负荷温室覆盖面积Ag ＝4100m2夜间温室密闭管理，因冷风渗透产生的换气次数为2.0次/h （二）畜禽舍的热平衡分析Qs——畜禽的显热散热量，畜禽的显热散热量，W；；Qm ——设备（电机、照明等）发热量，设备（电机、照明等）发热量，W；；Qh——加温热量，加温热量，W；；Qw——经过围护结构（门、窗）的传热量，经过围护结构（门、窗）的传热量，W；；Qv——通风空气的显热量，通风空气的显热量，W；；Qe ——畜禽舍内因水分蒸发消耗的显热量，畜禽舍内因水分蒸发消耗的显热量，W；； 其中设备发热量Qm不大，可以忽略不计；畜禽舍内因水分蒸发消耗的显热量Qe难于计算且数值不大，也可以忽略不计 则采暖系统的热负荷为：1、畜舍的显热散热量QsW2、畜禽舍围护结构传热耗热量Qwv（1）基本耗热量 在一定的室内外条件下，通过畜禽舍各部分围护结构（门、窗、墙、地面、屋顶等）从室内传到室外的稳定传热量的总和。

K—围护结构传热系数A—围护结构面积ti—冬季舍内计算温度 to—冬季舍外计算温度a—围护结构温差修正系数均质多层材料的传热系数vR—围护结构总热阻vi ，o—围护结构内外表面换热系数vRi，Ro—围护结构内外表面传热阻v —围护结构各层的厚度v —围护结构各层的导热系数vRk—各层的导热阻温差修正系数（温差修正系数（a））（2）附加耗热量 围护结构的传热状况发生变化而对基本耗热量进行修正的耗热量1）朝向修正耗热量 考虑建筑物不同朝向围护结构受太阳辐射影响，而对围护结构的基本耗热量的修正2）风力附加耗热量 考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正 外表面换热系数o是按照风速为4m/s时的计算时，一般情况下不考虑风力附加，只对建在不避风的高地、河边海岸和旷野上的建筑物以及城镇、厂区特别突出的建筑物，才考虑垂直外围结构附加5％％ ~10％3）高度附加热量 考虑房屋高度对围护结构基本耗热量的修正 当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2％，但总和的附加率不应大于15％注意：高度附加高度附加率应附加于各房间各围护结构基本耗热量和其他率应附加于各房间各围护结构基本耗热量和其他附加（修正）耗热量的总和上。

附加（修正）耗热量的总和上围护结构的传热耗热量Qwv —朝向修正率，％v —风力附加率，％v —高度附加率，％3、畜禽舍通风耗热量畜禽舍采暖系统热附和：QwQvQs思考题：v北京地区某无窗密闭式仔猪舍，采用砖混结构，平屋顶跨度为7.5m，长度57.6m，檐口高度4m墙体采用370mm厚砖墙，外侧表面20mm厚水泥砂浆抹灰，内侧表面35mm厚水泥膨胀珍珠岩保温屋面为200mm厚加气混凝土板，板上为二毡三油防水层舍内饲养仔猪300头，冬季采用1600m3/h的通风量试计算冬季舍内维持20℃气温需提供的供热量为多少？（取北京地区冬季夜间室外计算气温为-12℃粘土砖砌体导热系数为0.756W/(m·℃)，砂浆导热系数为0.872W/(m·℃)，水泥膨胀珍珠岩导热系数为0.18W/(m·℃)墙体外表面换热系数为23W/(m2·℃)，墙体内表面换热系数为8.7W/(m2·℃)屋面的总热阻为1.37m2·℃/W仔猪发热量为100kJ/（h·头） 二、农业设施采暖系统设计热负荷 在设计室外温度 下，为了达到要求的室内温度 ，采暖系统在单位时间内向农业设施内部供给的热量。

直接影响采暖系统方案的选择、采暖管道管径和散热器等设备的确定，关系到采暖系统的使用和经济效果三、农业设施采暖室内和室外计算温度（一）温室采暖系统室内和室外计算温度1、室内计算温度 室外温室昼夜温差大昼夜温差大的地区，应以夜间适温作为室内计算温度；采用变温管理变温管理，应取变温管理中后半夜抑制呼吸作用的适温作为室内计算温度；室外温室昼夜温差小昼夜温差小的地区，应以白天的适温作为室内计算温度花卉的温度指标种种 类类繁殖适温（繁殖适温（℃））生育适温（生育适温（℃））成花适温（成花适温（℃））备备 注注种子种子发发芽芽插木插木发发根根日气温日气温夜气温夜气温日气温日气温夜气温夜气温惠惠 兰兰18～～2620～～2515～～18花芽形成需花芽形成需15℃左右，左右，6～～8周花蕾在周花蕾在25～～30℃可可消蕾消蕾仙仙 客客 来来18～～2020～～2510～～1516～～17花蕾在花蕾在25℃以上将以上将产产生高生高温障碍温障碍菊菊1817～～2116～～1717～～2016～～20郁郁 金金 香香20～～2516～～189～～13香香 石石 竹竹16～～1818～～259～～14夜温超夜温超过过15℃切花品切花品质质下下降降蔷蔷 薇薇13～～2021～～2612～～18玫玫 瑰瑰20～～2220～～2220～～2518～～2013～～1513～～15铁铁炮百合炮百合20～～2413～～1818～～2313～～16蔬菜的温度指标蔬蔬 菜菜 种种 类类生生 长长 时时 期期对对 温温 度度 的的 要要 求求 （（℃））适宜温度适宜温度最最 高高 温温 度度最低温度最低温度白白 昼昼夜夜 间间黄黄 瓜瓜苗苗 期期19～～25282215苗期到开始苗期到开始结结瓜瓜20～～28332215结结 瓜瓜 期期22～～30382415番茄、辣椒番茄、辣椒苗苗 期期15～～21261810苗期到开始苗期到开始结结果果19～～25282010结结 果果 期期18～～2630226茄茄 子子苗苗 期期16～～24282015苗期到开始苗期到开始结结果果18～～26302015结结 果果 期期22～～30342412菜菜 豆豆结结 荚荚 前前17～～23252015结结 荚荚 后后18～～26302212菠菠 菜菜12～～2025142白菜、芹菜、白菜、芹菜、窝窝苣、茴香、蒿子苣、茴香、蒿子秆秆12～～24301522、室外计算温度 采用历年平均不保证5d的日平均温度。

历年平均不保证历年平均不保证：累年不保证总天数或小时数的历年平均值 国内学者建议：以当地采暖室外计算温度降级2~3℃来作为温室温室的冬季采暖计算温度（二）畜禽舍采暖室内外计算温度v1、室内计算温度 室内计算温度略高于畜禽舍的下限温度 室内相对湿度略低于畜禽舍的上限相对湿度v2、室外计算温度 采用历年平均不保证5d的日平均温度第二节 热水采暖v热水采暖系统由热水锅炉、热水输送管道和散热设备组成v按系统循环动力：重力循环和机械循环v按供、回水方式：单管系统和双管系统v按系统管道铺设：垂直式系统和水平式系统v按热煤温度不同：≤100℃的低温水采暖v ≥100℃的高温水采暖v采用采用60～～80℃℃热水，通过室内散热器自然放热热水，通过室内散热器自然放热v水热容量大，热稳定性好，停机后保温性强；水热容量大，热稳定性好，停机后保温性强；v须采用配管和散热器，设备费用较高；须采用配管和散热器，设备费用较高；v预热时间长；预热时间长；v适用于大型温室适用于大型温室圆翼型散热器一、散热器类型v1、铸铁散热器2、钢制散热器钢制板式散热器3、对散热器的要求（1）热工性能方面的要求（2）经济方面的要求（3）安装使用方面的要求（4）卫生和美观方面的要求（5）使用寿命的要求二、散热器的布置 原则：尽量保证房间温度分布均匀，热损失少，管路短、且应不妨碍生产操作。

将散热器靠墙布置，应安置在外墙，最好布置在外窗下，这样散热器上升的对流热气就能阻止从外窗下降的冷气流，使流经工作区的空气比较暖和三、散热器的计算v1、散热面积的计算vQ—散热器的散热量（采暖热负荷Qh）vtpj—散热器内热媒平均温度vti—供暖室内计算温度vK—散热器的传热系数vβ1、β2、β3—各修正系数2、散热器内热媒平均温度vtsg—散热器进水温度, ℃vtsh—散热器出水温度, ℃3、散热器传热系数K及其修正系数值vK—在实验条件下散热器的传热系数va，b—实验确定的系数v△t—散热器热媒与室内空气的平均温差 △t=tpj-ti, ℃W/（m2. ℃）4、散热器片数或长度的确定vF—散热面积vf—每片或每米的散热器散热面积 铸铁散热器组装片数，不宜超过下列数值： 粗柱型：20片 细柱型：25片 长翼型：7片5、考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算v暗装：计算散热面积时要用修正系数β4予以修正 β4＞1）v明装：计算散热面积时，通常可不考虑该修正系数 在农业设施建筑中，采暖系统的管道一般采用明装四、热水采暖系统的循环方式（一）重力循环热水采暖系统1 重力循环热水采暖工作原理及其作用压力 —重力循环系统的作用压力； h— 冷却中心至加热中心的垂 直距离 —回水密度 —供水密度2 重力循环热水采暖系统的主要形式主要形式3 重力循环热水采暖双管双管系统作用压力的计算v —通过底层散热器的作用压力v —通过上层散热器的作用压力4 重力循环热水采暖单管单管系统作用压力的计算或改写成（二）机械循环热水采暖系统1 垂直式系统 （1）上供下回式双管和单管热水采暖系统（2）异程式系统和同程式系统异程式系统通过各个立管环路的压力损失较难平衡。

通过各个立管环路的压力损失较难平衡同程式系统2 水平式系统五、热水采暖系统的管道与附属设施v1、管道与阀门2膨胀水箱3、集气罐和放气阀4、补偿器v1、自然补偿器2、方型补偿器3、波纹管补偿器4、套筒补偿器第三节 热风采暖系统v燃油或燃煤燃烧的烟气通过强制热交换装置加热燃油或燃煤燃烧的烟气通过强制热交换装置加热空气，热空气吹送入温室；空气，热空气吹送入温室；v预热时间短，升温快；预热时间短，升温快；v不用配管和散热器，配置安装灵活、简便，设备不用配管和散热器，配置安装灵活、简便，设备费用较低；费用较低；v温度稳定性差，停机后温度降低快；温度稳定性差，停机后温度降低快；v适用于小型温室与塑料大棚，或用作大型温室的适用于小型温室与塑料大棚，或用作大型温室的辅助加温设施，尤其适用于短期临时加温辅助加温设施，尤其适用于短期临时加温一、热风采暖系统的形式（一）热风炉式热风采暖系统（二）空气加热器式热风采暖系统（三）暖风机式热风采暖系统（四）加热器管道风机采暖系统v以燃烧油、天然气或液化石油气的热风机，以烟道金属管壁作为热交换器二、送风温度和送风量v热风采暖的送风量为Lh，则热负荷为：t2—热风采暖系统出口空气温度，即送风温度t1—热风采暖系统入口空气温度 我国工业与民用建筑提出的数据：热风送风温度不超过45℃，暖风机为 30℃ ~55 ℃。

三、空气加热器的选择v（一）基本计算公式tw1，tw2—热水的初、终温度；tq—蒸汽平均温度当蒸汽表压≤0.03MPa，取100℃； 蒸汽表压≥0.03MPa，取与空气加热器进口蒸汽压力 相应的饱和温度（二）选择计算方法和步骤1、初选加热器的型号2、计算空气加热器的传热系数K 质量流速，一般在8kg/（m2.s）A’、A’‘—实验系数m’、n’、m‘’ —实验系数w—热水流速，m/s3、计算需要的加热面积和加热器台数4、计算加热器的空气阻力B、P—实验系数第四节 局部采暖设备v一、畜禽舍用的局部采暖设备v（一）育雏伞 1周龄以内的幼雏育雏器下应保持33~35℃，以后每周下降约2.5 ℃，至4~5周后撤去育雏器，舍内温度在幼雏1~4周龄应为22 ℃ ， 4~8周龄应为18 ℃ 1、电热式育雏伞2、燃气式育雏伞（二）红外线灯v 主要用于产仔母猪舍的母猪栏中仔猪活动区，红外线辐射热可以来自电或液化石油气三）加热地板1、热水管加热地板2、电加热线式地板二、温室用局部采暖设备v（一）热水式热水式温室土壤加温设备v1、同程式2、异程式（二）电热式电热式温室土壤加温设备v1、电热温床的结构与加热线的布置结构结构加热间距平面布置平面布置2、电工率确定v发热功率：v苗床采暖热负荷：v电线功率：3、电加热线的选择计算v（1）电压等级v（2）发热率v（3）耐久与安全性v（4）在满足温度分布均匀的基础上线路经济。