连栋式育苗专用温室供暖系统节能的改进设计

连栋式育苗专用温室供暖系统节能的改进设计一以新疆新和县依其艾日克乡育苗温室为例肖林刚;王晓冬;张丽;史慧锋;曹新伟;邹平;刘霞浏娜;吴乐天【摘要】［Objective］Todiscussthebestwaythatsuitstothefixingoftheheatingsystemusingtheburningcoalforhot-wateroftheMulti-spanseedlingGreenhouse.［Method］Takingthestandardgreenhouseselectedasastudyobject,todiscussthepeculiaritybetweentheidenticalandthereversedreturnsystemonthefixingabouttheheatingsystemthentomakecomparisonfromcoalconsumptionofthestandardgreenhouseselected,andtorepresenttheEnergy-savingdesignimprovementtotheheatingsystemoftheMulti-spanseedlingGreenhousebytakingthespecificexamples.［Result］Usingtheidenticalreturnsystemforthefixingoftheheatingsystemcansaveenergyby20.1%.［Conclusion］Inthestandardgreenhouseselected,usingtheidenticalretumsystemcannotonlysolvetheasymmetricaspectbythereversedreturnsystembutalsocanreducecoalconsumptionandenergyconservation,andit'sthebestdecorationforcentralheatingofseedlinggreenhouse.%［目的］探讨适用于连栋式育苗专用温室采用燃煤热水供暖时暖气管道的最佳布置形式.［方法］以选定的标准温室为研究对象，探讨水平异程式和水平同程式暖气管路布置上存在的特点，再从选定标准温室的耗煤核算做对比，以具体实例来讲述连栋温室供暖的节能设计.［结果］连栋式育苗温室在冬季供暖采用同程式管路布置较异程式节能20.1%.［结论］在选定的标准温室中，暖气布置采用同程式不但可有效解决异程式因压力不均而引起的冷热不均现象，同时可降低采暖煤耗，节约能耗，更是育苗温室暖气管道的最佳布置形式.【期刊名称】《新疆农业科学》【年(卷)，期】2011(048)004【总页数】4页(P781-784)【关键词】育苗温室;温室供暖;节能;同程式系统【作者】肖林刚;王晓冬;张丽;史慧锋;曹新伟;邹平;刘霞浏娜;吴乐天【作者单位】新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091;新疆农业科学院农业机械化研究所，乌鲁木齐,830091【正文语种】中文【中图分类】S625.10引言【研究意义】温室是一种高能耗的抗逆性生产设施,一般温室的能耗占温室生产成本的30%~40%[1]。能耗是制约连栋温室发展的关键因素,也是衡量温室发展是否成功的主要指标。在北方温室中冬季供暖和夏季耗电是温室的主要能耗，其中供暖能耗约占耗电能耗的两倍，解决连栋温室耗能过高的难题成为发展我国连栋温室及现代化农业设施的关键［2］。【前人研究进展】荷兰设施农业发展走在世界的最前端，对温室节能研究也走在行业前沿，杨其长［3］在荷兰温室节能工程研究进展中讲到了荷兰所采取的措施:提高覆盖材料透光率，增加温室太阳能入射量，热能的多用途利用和余热回收，温室浅层地能节能技术的应用,保温隔热技术的应用，重视节能新技术的研究与开发。关于温室节能的问题国内夕卜都在做研究，国外的研究重点是基于能耗的经济效益预测分析模型［4~8］,国内关于连栋温室经济效益预测模型的研究才刚刚开始。根据徐大成［2］的研究，北方连栋温室全年能耗中，冬季取暖燃煤费用是最大的能耗。因此，冬季温室供暖系统设计是温室能耗中必须考虑的因素，而利用温室供暖系统做专项的研究国内尚未见报道。【本研究切入点】目前有关温室节能技术的研究广泛而深入,关于连栋式育苗专用温室供暖系统管路布置的研究尚未报道。【拟解决的关键问题】在连栋式育苗专用温室供暖能耗问题中以热工学原理为主，为探讨一种更为节能的管路布置方案，对选定的标准温室做不同管路连接的煤耗对比试验，为连栋式育苗专用温室供暖节能设计提供初步的理论依据，同时也可为生产经营者提供参考。1材料与方法1.1研究区概况新和县位于新疆维吾尔自治区西南部,地处天山南麓、塔里木盆地北缘。东与库车县隔渭干河相望，西以玉尔滚山为界与阿克苏市、温宿县相交，北依天山支脉却勒塔格山与拜城县毗邻，南与沙雅县英买力乡、二牧场接壤，地理坐标为E80。55'~82°43'、N40。45'~41。45'。属温带大陆性干旱气候，光照充足，热量丰富，气候干燥，降水稀少。夏季炎热，冬季干冷。年均气温10.51,年均降水54mm。全县太阳总辐射量为604.43kJ/cm2,辐射最高峰值出现在7月。初霜期出现在10月18日左右，终霜时间在3月27日左右,日照丰富，年日照时数历年平均2886.7h,百分率为65%,光照条件完全能够满足设施农业在各个生育期对光照的需求。1.2材料所选温室为2009年在新和县新建一座连栋式育苗专用温室,温室为Venlo型聚碳酸酯板（阳光板）覆盖温室。单跨9.6m洪4跨，开间4.0m,共8个开间，每跨3个小屋面,每个小屋面跨度3.2m,高度0.8m,檐高3.5m。温室使用面积1228.8m2,温室体积4792.32m3。温室东、南、西三面维护墙体为24砖墙0.3m高，北墙为24砖墙0.5m高。覆盖阳光板为1cm厚。每个小屋面的东面设置连片式可单独开启的天窗，温室配备内夕卜遮阳系统，该温室为育苗专用温室，以走道为间隔共分4个育苗区，育苗区设置宽为175cm高为90cm的移动式苗床。1.3方法育苗温室冬季室内设定温度取育苗区的设计温度:tn=18°C。室外气温，取新和地区供暖室外计算温度tj=-21C。设计供水温度,考虑到温度太高会伤害作物，宜取tg=80C;设计回水温度，取th=55C;供、回水平均温度取供、回水温度的算术平均值67.5C。在2009年供暖期间育苗区管路系统为水平跨越异程式,运行起来因水平方向冷热不均,2010年5月将暖气系统改进设计为水平同程式,实验将对比暖气管路改进前后温室内温度的均匀性和煤耗统计。2结果与分析2.1改进设计前苗床区暖气管路相比栽培果菜、花卉种植的温室，连栋育苗温室对温度均匀性的要求很高，以往的连栋温室将散热器布置在温室四周维护基础上和温室跨间立柱上，显然不适合连栋育苗温室采暖系统。为提高温室温度的均匀性和育苗地温以更适合作物的生长发育，散热器系统布置为:温室四周维护基础上布置暖气主干线，每座苗床下面布置两道支干线，间隔80cm。散热器选用圆翼型散热器,散热管道材质为热镀锌钢管，温室四周主干线选用公称直径DN=65mm,壁厚S=3.0mm的圆翼型散热管，移动式苗床架下面支干线选用公称直径DN=25mm,壁厚S=2.5mm镀锌圆翼型散热器。整个苗床区的管道连接方式为双管跨越异程式。该温室自2009年11月开始供暖。图12.2改进设计后苗床区暖气管路因双管跨越异程式运行起来水平方向冷热不均,2010年5月将暖气系统改进设计为水平同程式，即通过最近循环环路与最远循环环路的总长度都相等，在本系统中只需修改苗床区暖气的回路，改变管路回水走向，部分回水管路稍加延长即可。图22.3改进前后能耗比较2011年，对两年温室冬季供暖运行能耗情况进行了测算,耗煤量:2009年11月至2010年2月底（记作2009年）,温室采暖共用煤60t,2010年11月至2011年2月底（记作2010年），温室采暖共用煤48t。列出两个年份温室冬季供暖能耗核算。表1连栋式育苗专用温室冬季在供暖耗能上暖气管路改进设计后,节能达20.1%,供暖系统改进后管路增加部分并不多,只是改变了原有的供、回水走向,可见,双管同程式是育苗温室供暖布置的首选。该温室将育苗分为4部分区域,每部分育苗区配置独立的供暖系统环路，可独立关闭或开启供暖系统环路，在总的节能效率中由温室管理引起的节能占到总节能的30%。供暖调节部分也是温室节能的重要环节，适宜加热温度的设定及调整，不仅同作物品种及生长期有关，也同温室内外的环境因子、作物长势及病虫害等诸多因素有关［9］。温室供暖温度调节管理不仅是节能更是作物生长管理的需要。表1表1连栋温室耗煤核算Table1Accountingforenergyconsumptionofthemulti-spangreenhouse注:1卡=4.186焦耳煤价:500元/t耗能量Energyconsumption每m2耗能Energyconsumption/m2年份Year燃煤用量(t)Totalcoal燃煤热值(大卡)Heatvalue总能耗(108J)Total煤(kg)Coal每hm2每年能耗(108J)Perhaperyear耗能(108J)Energyconsumption运行成本元/(m2•年)Cost200960500012558.0102263.848.810.224.4201048500010046.481811.039.08.119.53讨论连栋式育苗专用温室对水平温度均匀性的要求很高，散热管路布置较为密集，散热器的供、回水管布置属于水平双管系统，水平双管系统中,异程式和同程式是育苗区的最佳连接方案。在育苗区内异程式系统管道布置特点是:供、回水为水平双管布置，管道连接形式为双管跨越异程式，水循环阻力小,温升快，温度不均匀。异程式系统供、回水干管的总长度短，但在机械循环(本温室为机械循环)系统中，由于作用半径较大，连接管路较多，因而通过各个管路环路的压力损失较难平衡，有时靠近主干线最近的支管，即使选用了最小的管径DN15mm,仍有很多的剩余压力。初调节不当时，就会出现近处管路流量超过要求，而远处管路流量不足。在远近环路处出现流量失调而引起在水平方向冷热不均的现象,称为系统的水平失调［10］。分析系统管路水平失调的原因，主要是异程式环路压力不均所致。为了消除苗床区系统的水平失调，在苗床区供、回水支路走向布置方面，采用同程式系统。同程式系统的特点是通过各个苗床区管路的循环环路的总长度相等。修改后的温室苗床区温升较缓，温度均匀，在4个育苗区的供、回水接口均设置调节阀，可根据作物的不同生长阶段实时控温，在某个育苗区空闲时还可完全切断供暖，节能减耗降低了温室运行成本。4结论连栋式育苗专用温室供暖系统经改进设计后,节能达20.1%,节能效果显著，在节能设计上思路新颖，技术成熟，运行稳定可靠,操作简便有效。另外，分区分组变温控制也是温室节能的重要措施。这些节能改进设计是大型连栋式育苗专用温室的温室管路设计中的一次成功的技术创新。为我国在北方高纬度地区建立大型连栋式育苗温室，发展工厂化现代农业提供现实可能性，具有重要的推广价值。致谢:在论文撰写中，作者对新和县农业局设施办阿不力肯木•沙土尔主任提供数据表示感谢。参考文献：冯广和.温室的节能问题[J].农村实用工程技术(温室园艺),2004,(5):23-25.徐大成.北方型玻璃连栋温室节能技术开发研究[J].辽宁农业科学,2003,(1):8-11.杨其长.荷兰温室节能工程研究进展[J].农业工程技术(温室园艺),2007,(1):13-14.CunhaJB,OliveiraPBdeM,CordeiroM.Greenhouseadaptiveclimatecontroltechniquestoreduceenergydemand[J].AmericanSocietyofAgriculturalEngineers,2000:1-4.VeldenNJAvander,VanderVeldenNJA,BrumfieldRG.Modellingofeconomicenergysavin