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温室采暖通风设计与设备选型配置

2016-07-30  西瓜暖通
温室采暖设计与设备配置

采暖设计原理与程序

采暖设计原理与程序

温室环境与园艺作物生育

温度的“三基点”:最低界限温度;最高界限温度;最适温度。

蔬菜的温度指标


温室的热平衡原理

Q= Qin- Qout

当: Qin> Qout时,温室升温;Qin< Qout 时,温室降温;Qin= Qout 时,温室温度不变;

Qin 主要包括:Qr和Qg;Qout主要包括:Qt、Qv和QsQ主要包括:Ql、Qc、Qa和Qp。

温室热平衡方程:Qr Qg=Qt Qv Qs Ql Qc Qa Qp


温室效应:用透明覆盖材料作外围护结构的建筑,可以让绝大部分的太阳短波辐射(320-470nm)透入,使室内升温;并阻止设施内的长波辐射透出去,起到保温增温的作用。这种能使绝大部分的短波辐射透入而阻止绝大部分长波辐射透出的蓄热升温的特点,称温室效应。

温室效应成因:

透明覆盖物能让短波辐射透射进设施内,又阻止设施内长波辐射透射出去(28%贡献率)。

保护设施本身是一个半封闭空间,内外空气交换弱,使蓄热不易散失(72%贡献率) 。→温室效应主要与设施的通风透气性有关。

(园艺设施的热量支出状况


热量来源=太阳总辐射+人工加热量

热量支出=贯流放热+潜热消耗+换气放热+地中传热

热量平衡方程:进入保护地的热量=热量支出+蓄热


(2) 通风换气放热(Qv)

温室内自然通风或强制通风,建筑材料的裂缝,覆盖物的破损,门、窗缝隙等,都会导致室内的热量流失(10-15%)

换气失热量主要与温室密闭性、换气次数及外界风速有关。

(3) 土壤传导失热(Qs)

包括土壤横向传热,垂直方向上(40-45cm)的传导失热,一般占温室总失热的5%10%。与土壤质地、成分等有关外,还与土壤湿度有关,随土壤湿度增大而增大(13-15%)


温室热平衡方程:
Qr Qg=Qt Qv Qs Ql Qc Qa Qp 

Qr:太阳总辐射,主要取决于太阳总辐射、温室大棚的透光率和透光面积以及光照时间;

Qg:人工加热,加温设备容量、散热面积和加温时间;

Qt:贯流放热量,覆盖材料和结构放热量;

Qv:换气放热量,Qs:土壤地中传热量,Ql:潜热交换;

Qc:固体材料热交换,Qa:空气热交换,Qp:作物光合呼吸热交换。

采暖设备设计的条件与程序

采暖设计的条件:

基本条件:

1、采暖设备的热容量能够满足在最不利的天气条件下的热量需求;

2、设备费和运行费用经济合算。

特殊条件:

1、采暖设计应保证室内温度均匀一致;

2、采暖设备的调节灵敏度要高;

3、采暖设备不遮光、不影响生产。


加温在设计上要求

维持作物生育的适宜温度;设备和加温费要尽量少,保护设施内温度空间分布均匀,时间变化平稳,遮荫少,占地少,便于栽培作业。


二、期间采暖负荷

Qn=AgK(θi-θo)(1-fr)

K 平均采暖负荷系数;

(θi-θo):采暖时( h-1)

(1-fr):保温覆盖的校正值

Ag :温室和大棚的表面积

三、燃料消耗量的计算

Y=Qn/Eq

E:采暖系统的热效率

q:单位质量燃料发热量

期间采暖负荷

常见采暖方式与设备

采暖负荷:为保持室内作物的生育,用采暖设备补充相当于所放出的热量叫采暖负荷。

最大采暖负荷:在栽培期间最冷季节保持作物正常生育所需补充的热量。

期间采暖负荷:在栽培期间将每天的采暖负荷积算起来叫做期间采暖负荷。

一、最大采暖负荷

1、概算:Qg=AgK(θi-θo)(1-fr)

Qg:最大采暖负荷

Ag:温室和大棚的表面积

K:采暖负荷系数

θi:室内设定温度

θo:室外设定温度

(1-fr):保温覆盖的校正值

fr:保温覆盖节热率

2、最大采暖负荷细算

Qg=[Ag(qt qv) Asqs]fw

Qg:最大采暖负荷

Ag :温室和大棚的表面积

As 屋内地面积

qt 贯流热量

qv :换气传热量

qs :地中传热量

fw :风速校正值

常见采暖方式与设备

一、火道加温

1、原理:燃烧无烟煤,形成一个火道进行加温。

2、结构:炉火、火道和烟囱三部分。

3、特点:成本低,但加温效果有限,温度分布不均匀。

二、水暖锅炉加温

1、原理:用锅炉将锅炉内水加热,通过循环泵将锅炉加热的热水通过供热管道送到温室或大棚中,并均匀地分配给室内设置的每组散热器,通过散热器来加热室内的空气,提高温室的温度,冷却了的热水回到锅炉再重新被加热。

2、结构:热水锅炉、供热管道和散热设备三个基本部分组成。

3、特点:热水采暖系统运行稳定可靠,是目前最常用的采暖方式。其优点是温室内温度稳定、均匀、系统热惰性大,节能;温室采暖系统发生紧急故障,临时停止供暖时,2小时不会对作物造成大的影响。其缺点是系统复杂,设备多,造价高,设备一次性投资较大。


三、酿热加温

1、原理:利用有机物酿热,微生物分解有机物释放出热量。

2、结构:全温室酿热结构和在陪床酿热结构。

3、特点:5-7天升到70度,30天后降到40度,维持40-50天;地温较高。

四、电热线加温

1、原理:将电能转化为热能,1度电能产生860千卡的热量。

2、结构:电加温线、控温仪、电闸盒和配电盘。

3、特点:加温快,适于短期加温(育苗),运行成本较高。

五、热风炉加温

1、原理:分为燃煤热风炉、燃油热风炉及燃气热风炉等数种型式。都是依靠能量转换来加热室内空气的。

2、结构:结构简单,近些年发展较快。

3、特点:占地面积小,自动化程度高。



温室通风换气与降温设备

通风方式与设备

所谓通风就是把室内污浊空气直接或经净化后排至室外,把新鲜空气经适当处理后(如净化、降温、加热等)补充进来,从而保持室内空气环境符合卫生标准和满足工艺的需要。

温室等设施通风的目的:

①排除设施内的余热,使室内的环境温度保持在适于植物生长的范围内。

②排除余湿,使室内环境相对湿度保持在适于植物生长的范围内。

③调整空气成分,排去有害气体,提高室内空气中CO2的含量,使作物生长环境良好。

通风方法

自然通风  在温室等设施的适当位置设置窗户靠热压和风压作用进行通风,并可以通过调节窗户的开度来调节通风量。

机械通风  依靠风机产生的压力强迫空气在设施内流动。

通风量的计算

通风率:在单位时间内每单位温室地面面积所交换的空气容积(单位:m3/m2.min)。

对于适度遮荫温室,当室内最大太阳辐射强度在50000Lx左右时,每平方米地面面积的基本通风量达到2.5m3/min,即可大体上满足温室的降温需求。

基本通风量的计算公式:V1=2.5L·B

式中:

V1—基本通风量,m3/min

2.5—每平方米地面面积的基本通风量,m3/m2min

L—温室长度,m

B—温室宽度,m

修正系数:

实际的设计通风量还要考虑温室所在地区的海拔(>300m)、室内太阳辐射强度(>50000Lx)、温室内允许温升(4℃)和风机湿帘间距离,上述基本通风量需进行相应的调整,引入修正系数。

ψ=ψ1·ψ2·ψ3

式中:

ψ1—海拔高度调整系数

ψ2—光照强度调整系数

ψ3—空气温升调整系数


通风方式与设备

自然通风设施

通过通风窗利用风压和热压产生的通风,称为自然通风。

自然通风开关窗的机械设备:卷膜开窗系统和齿条开窗系统。

1.卷膜开窗系统

应用:塑料温室的侧墙开窗和屋顶卷膜开窗。

卷膜开窗是将覆盖膜卷在钢管上,通过转动钢管,将覆盖膜卷起或放下。

一般卷膜钢管长度在60米左右。

分手动和机动两种,传动方式有软轴传动和直接传动两种。一般屋顶卷膜用机械传动或用软轴传动,侧墙卷膜用手动或机械直接传动方式。

要求:

在通长方向上卷膜轴不能有太大的变形,

卷膜器在卷起过程中要能自锁,不能在重力作用下自行将卷起的幕膜打开。

带自锁功能的卷膜器,是利用卷膜器中的齿扣在卷膜时自动锁定反方向转动,当反方向操作打开卷膜时,只要按下锁定器按钮,可使卷膜器靠重力作用反转。

侧墙的卷膜系统还必须设卷膜限位器。

一般卷膜限位器用DN20的钢管,每隔3~6米设置在温室的通风口外侧。


2.齿条开窗系统

齿条开窗系统大都为机械传动,也有少量用手链传动的。

塑料温室用齿条开窗机构和玻璃温室基本相同,只是前者由于通风窗口重量较后者小,电机的负荷大大减小;从而每台电机的服务范围得到了扩大,也就是说塑料温室内电机数量比等面积玻璃温室少,一次性投资也相应降低,运行费用也相应降低。

齿条开窗系统所用的电机主要有两种形式。

一种为普通电机,220伏或380伏;

另一种为管道电机220~240伏。管道电机由于体积小、重量轻、遮光少、变速比小,应用较广。



强制通风设施

目前温室内安装的换气扇是9FJ系列轴流式节能通风机。

风机数目:

必须满足在25.4帕空气静压下所需要的通风量,

还取决于风机的大小,其大小的选择应保证温室排气侧相邻风机的间距不大于7.62米;

风机排风口之间的净距或其与邻近障碍物之间的距离不小于风机直径的1.5倍。

设计时最好将风机布置在下风侧或温室端墙。如果必须将风机布置在上风侧,设计通风量至少应增加10%,风机电机功率必须大于0.55kw

当设计风机数量在3台以下时,其中一台应为双速调节风机,以便满足不同通风量的需求。

一般吸气口的面积约为3倍的排风口面积。

降温方式与设备

温室降温方式依其利用的物理条件可分为以下几类:

加湿(蒸发)降温法  采用室内喷雾、喷水或设置蒸发器(湿墙、湿帘),通过水分蒸发“消除”太阳辐射热能。

遮光法  在屋顶以一定间隔设置遮光被覆物,可减少太阳净辐射约50%,室内平均温度约降低2℃。

通风换气法  利用换气扇等人工方法进行强制换气,降低温室内空气温度。

一、蒸发降温

蒸发降温是利用空气的不饱和性和水的蒸发潜热来降温,当空气中所含水分没有达到饱和时,水会蒸发变成水蒸汽进入空气中,水蒸发的同时,吸收空气的热量,降低空气的温度,而空气相对湿度提高。

目前采用的蒸发降温方法有湿帘风机降温系统和喷雾降温。

1、湿帘风机降温系统


2、喷雾降温

是直接将水以雾状喷在温室的空中,因为雾粒的直径非常小,只有10微米,所以可在空气中直接汽化。雾粒汽化时吸收热量,降低温室内空气温度,其降温速度快,蒸发效率高,温度分布均匀,是蒸发降温的最好形式。

喷雾降温系统由水过滤装置、高压水泵、高压管道、旋芯式喷头组成


工作过程与特点

其工作过程是:水经过过滤器过滤,通过水泵加压由管道通到各个喷头,以高速喷出,形成雾粒。旋芯式喷头的主要参数是:喷量60~100/分,喷雾锥角大于70°,雾粒直径小于10微米。

这种降温系统一般是间歇式工作,喷雾10~30秒,停止工作3分钟,以便雾粒汽化。喷雾降温时还必须进行强制通风,以便排出高湿气体,否则将降低雾化降温效果。

喷雾降温效果好,但整个系统比较复杂,对设备要求较高,造价及运行费用都较高。

屋面喷水降温

屋面喷水降温是将水均匀地喷洒在玻璃温室的屋面上,来降低温室内空气的温度。

原理是:当水在玻璃温室屋面上流动时,水与温室屋面的玻璃换热,吸收屋面玻璃热量,进而将温室内的余热带走;当水在玻璃屋面流动时,会有部分水分蒸发,进一步降低了水的温度,强化了水与玻璃之间的换热。另外,水膜在玻璃屋面上流动,可减少进入温室的日光辐射量,当水膜厚度大于0.2毫米时,太阳辐射的能量全部被水膜吸收并带走,这一点相当于遮荫。

屋顶喷水系统由水泵、输水管道、喷头组成。

屋面喷水系统的优缺点

系统简单,价格低廉。但需要有温度较低的水源,屋面喷淋系统的降温效果与水温及水在屋面的流动情况有关,如果水在屋面上分布均匀时降温效果可达6~8℃,否则降温效果不好。

屋面喷水系统的缺点是:耗水量大;水在屋面上结垢,影响温室透光率,清洗复杂。

遮荫降温

遮荫降温就是利用不透光或透光率低的材料遮住阳光,阻止多余的太阳辐射能量进入温室,保证作物能够正常生长,又降低了温室内的空气温度。

1、室外遮荫降温系统

2、室内遮荫系统。另外,室内遮荫系统一般还与室内保温幕系统共设,夏天使用遮阳网,降低室温,到冬季将遮阳网换成保温幕,夜间使用


屋面喷白降温

屋面喷白降温是温室特有的降温方法,尤其是玻璃温室。它是在夏天将白色涂料喷在温室的外表面,阻止太阳辐射进入温室内。其遮荫率最高可达85%,可以通过人工喷涂的疏密来调节其遮光率,到冬天再将其清洗掉。屋面喷白降温的优点是不需要制造支撑系统,因此造价低、施工方便。缺点是:不能调节控制,对作物的生长有影响。

降温方式的组合

一般温室的降温方式不是采用单一方法来实现的,而是采用多种方法组合。

如采用室内遮荫与冬季保温的组合;

强制通风与蒸发冷却方式的组合;

遮荫与湿帘风机降温系统的组合等等。

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