农业设施的采暖

农业设施的采暖第一页，共一百二十三页，2022年，8月28日

加温系统设备发电机贮热水塔锅炉第二页，共一百二十三页，2022年，8月28日温室加温系统第三页，共一百二十三页，2022年，8月28日加温系统轨道式管道冠层加热管道第四页，共一百二十三页，2022年，8月28日地面加热管道第五页，共一百二十三页，2022年，8月28日空气均匀加热系统第六页，共一百二十三页，2022年，8月28日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：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：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。第七页，共一百二十三页，2022年，8月28日（一）温室的热平衡分析第八页，共一百二十三页，2022年，8月28日Qs——温室内吸收的太阳辐射热量，W；Qm——设备（电机、照明等）发热量，W；Qh——加温热量，W；Qr——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），W；Qf——地中传热量，W；Qvl——通风气流带出的潜热量，W；Qvs——通风气流带出的显热量，W；Qp——温室内植物光合作用耗热量，W；第九页，共一百二十三页，2022年，8月28日在各种热量得失中，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。第十页，共一百二十三页，2022年，8月28日夜间采暖热负荷

对流30

地中传热Qf

10

冷风渗透Qv10

对流45

长波辐射50

加温热量Qh100夜间加温温室中的能量传递覆盖层传热Qw其中第十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日1、温室内吸收的太阳辐射热量QsS—室外水平面太阳辐射照度，W/m2；As—温室地面面积，m2；

—室内日照反射率，一般约为0.1；

—温室覆盖材料对太阳辐射的投射率。a—温室受热面积修正系数，一般取a＝1.0～1.3；第十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日各种透光覆盖材料对太阳的投射率第十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日在晴天，室外水平面太阳总辐射照度为：

a——太阳高度角，为太阳与观察地点联线与地平线之夹角；L——所在地的北纬纬度H——时间角，为偏离正午的小时数×15°，午前为负，午后为正第十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日

t——计算时刻（0—24时）；

——太阳赤纬角，地球太阳连线与地球赤道平面的夹角；

n——从1月1日至计算日的天数；

A，B，C——计算常数。第十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日太阳总辐射照度计算中的常数日期A（W/m2）B（无量纲值）C（无量纲值）1月21日2月21日3月21日4月21日5月21日6月21日7月21日8月21日9月21日10月21日11月21日12月21日1230121411851135110310881085110711511192122012330.1420.1440.1560.1800.1960.2050.2070.2010.1770.1600.1490.1420.0580.0600.0710.0970.1210.1340.1360.1220.0920.0730.0630.057第十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、通过围护结构材料的传热量QwKj

—— 温室各部分覆盖层的传热系数,W/(m2·℃)Ag

j——温室覆盖层各部分面积，m2；ti——室内计算气温，℃；to——室外计算气温，℃。第十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日i，o—温室覆盖层内表面及外表面换热系数

—温室各覆盖层材料的厚度

—温室各覆盖层材料的导热系数非透明多层覆盖第十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日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23W/(m2·℃)，则墙体的传热系数和传热阻分别为多少？思考题：第十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、地中传热量QfAsk——温室地面各部分面积，m2Ksk——温室地面各部分传热系数，W/(m2·℃)第二十页，共一百二十三页，2022年，8月28日中国，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

第二十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日荷兰，温室计算面积距周边的距离 b<10m Ksk=0.233W/(m2·℃)b=10~20m Ksk

=0.116W/(m2·℃)b=20~30m Ksk

=0.058W/(m2·℃)第二十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日贴土保温地面各地带的热阻值R0′—贴土保温地面的热阻R0—非保温地面的热阻

—各保温层厚度

—各保温材料的导热系数第二十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日4、通风耗热量Qvs和Qvl（1）显热损失QvsL——通风量，m3/s；ρa—— 室内空气的密度，kg/m3,

按排风量计算：ρa≈353/(ti+273)按进风量计算：ρa≈353/(to+273)cp —— 空气的定压质量比热容，可取cp＝1030J/(kg·℃)；第二十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日（2）潜热损失Qvle—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。（3）通风量Ln—温室的换气次数，次/hV—温室体积，m3第二十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日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

第二十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日5、采暖系统热负荷

—包括围护结构和地面传热。

第二十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日采暖热负荷简化估算U—经验热负荷系数，玻璃覆盖U=6.4W/m2.℃，聚乙烯膜覆盖U=7.3W/m2.℃Ag——温室覆盖表面积，m2；As——温室地面面积，m2；β——保温比（As/Ag），连栋温室β=0.7～0.8，单栋温室β=0.5～0.6——保温覆盖的热节省率，0.25~0.65。第二十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日覆盖方式覆盖材料传热系数K热节省率a(％)单层覆盖玻璃6.20聚乙烯薄膜6.6-6.5室内保温覆盖固定双层覆盖玻璃+聚氯乙烯薄膜3.740双层聚乙烯薄膜4.035中空塑料板材3.543单层活动保温幕聚乙烯薄膜4.331聚氯乙烯薄膜4.035无纺布4.724混铝薄膜3.740镀铝薄膜3.150多层覆盖二层聚乙烯薄膜保温帘3.445聚乙烯薄膜+镀铝薄膜保温帘2.265双层充气膜＋缀铝膜保温帘(镀铝膜条比例66%)2.953充填保温材料发泡聚苯乙烯颗粒（厚10cm）0.4590室外覆盖活动覆盖稻草帘2.461苇帘2.265复合材料保温被2.1～2.461～66第二十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日思考题：1、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？第三十页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、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。）第三十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）畜禽舍的热平衡分析Qs——畜禽的显热散热量，W；Qm——设备（电机、照明等）发热量，W；Qh——加温热量，W；Qw——经过围护结构（门、窗）的传热量，W；Qv——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，W；第三十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日其中设备发热量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：第三十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日1、畜舍的显热散热量QsW第三十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日第三十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、畜禽舍围护结构传热耗热量Qw（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第三十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日均质多层材料的传热系数R—围护结构总热阻i

，o—围护结构内外表面换热系数Ri，Ro—围护结构内外表面传热阻

—围护结构各层的厚度

—围护结构各层的导热系数Rk—各层的导热阻第三十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日第三十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日第三十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日温差修正系数（a）第四十页，共一百二十三页，2022年，8月28日（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。第四十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日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％。第四十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日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。第四十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日围护结构的传热耗热量Qw

—朝向修正率，％

—风力附加率，％

—高度附加率，％第四十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、畜禽舍通风耗热量畜禽舍采暖系统热附和：QwQvQs第四十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日思考题：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）。）第四十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日二、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第四十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日三、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的地区，应以夜间适温作为室内计算温度；采用变温管理，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的地区，应以白天的适温作为室内计算温度。第四十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日花卉的温度指标种类繁殖适温（℃）生育适温（℃）成花适温（℃）备注种子发芽插木发根日气温夜气温日气温夜气温惠兰18～2620～2515～18花芽形成需15℃左右，6～8周花蕾在25～30℃可消蕾仙客来18～2020～2510～1516～17花蕾在25℃以上将产生高温障碍菊1817～2116～1717～2016～20郁金香20～2516～189～13香石竹16～1818～259～14夜温超过15℃切花品质下降蔷薇13～2021～2612～18玫瑰20～2220～2220～2518～2013～1513～15铁炮百合20～2413～1818～2313～16第四十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日蔬菜的温度指标蔬菜种类生长时期对温度的要求（℃）适宜温度最高温度最低温度白昼夜间黄瓜苗期19～25282215苗期到开始结瓜20～28332215结瓜期22～30382415番茄、辣椒苗期15～21261810苗期到开始结果19～25282010结果期18～2630226茄子苗期16～24282015苗期到开始结果18～26302015结果期22～30342412菜豆结荚前17～23252015结荚后18～26302212菠菜12～2025142白菜、芹菜、窝苣、茴香、蒿子秆12～2430152第五十页，共一百二十三页，2022年，8月28日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：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℃来作为温室的冬季采暖计算温度。第五十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）畜禽舍采暖室内外计算温度1、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2、室外计算温度采用历年平均不保证5d的日平均温度。第五十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日第二节热水采暖热水采暖系统由热水锅炉、热水输送管道和散热设备组成。按系统循环动力：重力循环和机械循环按供、回水方式：单管系统和双管系统按系统管道铺设：垂直式系统和水平式系统按热煤温度不同：≤100℃的低温水采暖≥100℃的高温水采暖第五十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日第五十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日采用60～80℃热水，通过室内散热器自然放热水热容量大，热稳定性好，停机后保温性强；须采用配管和散热器，设备费用较高；预热时间长；适用于大型温室。圆翼型散热器第五十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日第五十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日第五十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日第五十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日第五十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日一、散热器类型1、铸铁散热器第六十页，共一百二十三页，2022年，8月28日第六十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、钢制散热器第六十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日第六十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日钢制板式散热器第六十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日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）使用寿命的要求第六十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日二、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。第六十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日三、散热器的计算1、散热面积的计算Q—散热器的散热量（采暖热负荷Qh）tpj—散热器内热媒平均温度ti—供暖室内计算温度K—散热器的传热系数β1、β2、β3—各修正系数第六十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、散热器内热媒平均温度tsg—散热器进水温度,℃tsh—散热器出水温度,℃第六十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、散热器传热系数K及其修正系数值K—在实验条件下散热器的传热系数a，b—实验确定的系数△t—散热器热媒与室内空气的平均温差△t=tpj-ti,℃W/（m2.℃）第六十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日4、散热器片数或长度的确定F—散热面积f—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片第七十页，共一百二十三页，2022年，8月28日5、考虑供暖管道散热量时，散热器散热面积的计算暗装：计算散热面积时要用修正系数β4予以修正。（β4＞1）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。第七十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日四、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第七十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日

—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

—供水密度第七十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日2重力循环热水采暖系统的主要形式第七十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日3重力循环热水采暖双管系统

作用压力的计算

—通过底层散热器的作用压力

—通过上层散热器的作用压力第七十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日4重力循环热水采暖单管系统

作用压力的计算或改写成第七十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日（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第七十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日（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。第七十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日同程式系统第七十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日2水平式系统第八十页，共一百二十三页，2022年，8月28日第八十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日五、热水采暖系统的管道与附属设施1、管道与阀门第八十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日2膨胀水箱第八十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、集气罐和放气阀第八十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日第八十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日4、补偿器1、自然补偿器第八十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日2、方型补偿器第八十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日3、波纹管补偿器第八十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日4、套筒补偿器第八十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日第三节热风采暖系统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；预热时间短，升温快；不用配管和散热器，配置安装灵活、简便，设备费用较低；温度稳定性差，停机后温度降低快；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。第九十页，共一百二十三页，2022年，8月28日一、热风采暖系统的形式（一）热风炉式热风采暖系统第九十一页，共一百二十三页，2022年，8月28日第九十二页，共一百二十三页，2022年，8月28日（二）空气加热器式热风采暖系统第九十三页，共一百二十三页，2022年，8月28日第九十四页，共一百二十三页，2022年，8月28日（三）暖风机式热风采暖系统第九十五页，共一百二十三页，2022年，8月28日第九十六页，共一百二十三页，2022年，8月28日（四）加热器管道风机采暖系统以燃烧油、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。第九十七页，共一百二十三页，2022年，8月28日第九十八页，共一百二十三页，2022年，8月28日第九十九页，共一百二十三页，2022年，8月28日二、送风温度和送风量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℃。第一百页，共一百二十三页，2022年，8月28日三、空气加热器的选择（一）基本计算公式第一百零一页，共一百二十三页，2022年，8月28日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。第一百零二页，共一