农业生物环境工程 第二章 农业设施的采暖

二、采暖方式
1. 根据采暖范围分类 全面采暖 局部采暖
第
三
2. 根据采暖设备分类
章
农
① 热水采暖
② 蒸汽采暖
业
设 施
③ 热风采暖
④ 电热采暖
的
采
⑤ 辐射采暖
⑥ 火炉采暖
暖
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
热负荷
在室外气温to下，为维持要求的设施内气温ti， 采暖系统在单位时间内应向设施内提供的热量。
第
三 章
确定热负荷的方法
农
统计农业设施的所有热量收支（得热、失
业
设 热），根据能量平衡原理，由热平衡方程式计算。
施
的
采 暖
热负荷 = ∑失热 － ∑得热
（一）温室的热平衡分析
温室内的热量来源 白昼：室内外水平面太阳辐射热量
（北纬30°～45°地区、晴好天气、正午时刻）
太阳辐射
第 三 章
农
业
设 施
冬季 150～400W/m2
章
农
业 温室的热平衡方程
设
蒸腾蒸发Qvl Qr
地中传热Qf
施
的
采 暖
(Qs+Qm+Qh+Qr)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl+Qp) = 0
温室的热平衡方程 (Qs+Qh)－(Qw+Qf+Qvs+Qvl) = 0
采暖热负荷
Qh = (Qw+Qf+Qvs+Qvl) － Qs
长波辐射
冬季夜间采暖热负荷
(镀铝膜条比例66%)
稻草帘
复合材料保温被
传热系数K /W(m2·℃)-1
6.2 6.6 3.7 4.0 3.5 4.3 4.0 4.7 3.7 3.4 2.2
2.9
2.4
2.1～2.4
热节省率 /% 0 -6.5 40 35 43 31 35 24 40 45 65
53
61 61～66
3. 地中传热量
业
设
施 P178
的
采
暖
覆盖方式
单层覆盖
固定双层覆 盖
室 内 （玻璃＋） 保 单层活动 温 保温幕 覆 盖
多层覆盖
外 覆 盖
活动覆盖
外层聚乙烯膜
覆盖材料
玻璃 聚乙烯薄膜 玻璃+聚氯乙烯薄膜 双层聚乙烯薄膜 中空塑料板材 聚乙烯薄膜 聚氯乙烯薄膜
无纺布 混铝薄膜 二层聚乙烯薄膜保温帘 聚乙烯薄膜+镀铝薄保温帘 双层充气膜＋缀铝膜保温帘
90
100
110
120
1130月平均最低140气温
漠河
1月平均最低气温
-30.4
20～30℃
0～10℃
海拉尔 -27.3
东
富锦 -20.9
40
30
平均气温 ℃
20 16 12 10
8 4 0 -4 -8 -10 -12 -16 -20 -24 -28
喀什 -6.5
且末 和田 -8.9 -5.7 噶尔 -12.1
Qf Ksj Asj (ti to )
j
式中 ti —— 室内气温，℃；
第
三 章
to —— 室外气温，℃；
农 业
As j —— 温室地面各分区面积，m2；
设
施 的
Ksj ——地面各分区传热系数，W/(m2·℃)。
采
暖
温室地面各分区传热系数
10m Ksj=0.24
10m Ksj=0.12
第
Ksj=0.06
三
章
t —— 温室覆盖层太阳辐射透过率；
农
业 设
r —— 室内日照反射率，一般取为0.1 。
施
的
采
暖
2. 通过围护覆盖材料的传热量
Qw K j Agj (ti to ) W
j
式中 ti —— 室内气温，℃；
第
三 章
to —— 室外气温，℃；
农 业
wk.baidu.comAg j —— 温室覆盖层各部分面积，m2；
设
图例
乌鲁木齐 -15.2
北 哈尔滨 -19.7 林西 沈阳 -14.5 -12.7
西 酒泉 -10.0
格尔木 五道梁 -11.8
-17.3
北
兰州 -7.3
呼和浩特 -13.5
华 北京 -4.7
北 太原
-7.0 济南 -1.7
西安 -1.3
郑州 -0.3
大连 -5.3
青岛 -2.6
昌都
-2.5
成都
拉萨
50 长波辐射
对流 30
第
Qh = Qw+Qf+Qvs
35
对流
三 章
45
农 业
冬季夜间加温温室中
设
的热量平衡
施
加温热量Qh 100
覆盖层传热Qw 冷风渗透Qvs
的
10
采
暖
地中传热Qf 10
1. 温室内吸收的太阳辐射热量
Qs AsSt (1 r) W
第 式中 S —— 室外水平面太阳总辐射照度，W/m2；
施 的
Kj —— 各覆盖层的传热系数，W/(m2·℃)。
采
暖
传热系数 K
辐射 对流
对流
导热
辐射
辐射 对流
对流
导热 辐射
辐射
第
非透明平壁的传热
三
透明平壁的传热
章
农 非透明平壁的传热系数：
业
设 施 的 采 暖
K 1
R 1
1
j 1
i j j o
W/( m2 ℃)
温
室
覆
盖
材
料
第 三
传 热
章系
农数
室内辐射 3～80mm
①封闭集热作用
第
室内地面、植物等吸收太阳辐射温度升高
三
章
→加热空气 →围护结构封闭保持
农
业
设 施
②温室透明覆盖材料对热辐射的选择透过作用
的
采
暖
温室的 热量收支
长波辐射 3～80mm 对流
反射
太阳辐射 0.2～3mm
设备发热
Qw
吸收
Qm 室内反射
通风Qvs
Qs
Qp
第 三
加温热量Qh
农业生物环境工程
Agricultural Bio-Environment Engineering
中国农业大学 水利与土木工程学院
农业建筑与环境工程系
2009年4月
第二章
第 农业设施的采暖
三 章 农 业 设 施 的 采 暖
第二章 农业设施的采暖
中国各地
一月平均气温
1月平7均0 最低气温80 50 10～25℃
三
章
农 业 设 施 的 采 暖
4. 通风耗热量
通风显热损失 Qvs Lracp (ti to ) W
式中 L — 通风量，m3/s；
cp — 空气定压质量比热容，1030J/(kg·℃)；
ra — 空气密度，kg/m3；
第
ra ≈ 353/( ti+273) 或 ra ≈ 353/( to+273)
5.6
南京 武汉 1.9
上海 3.3
2.8
杭州
3.6
-2.3
南昌
昆明 7.8
贵阳 4.9
长沙 4.6
4.9
福州 10.4
台北 14.6
广州
南宁 13.4
12.9
——— 河流
20
沈阳 -12.7
———
城市及一月 平均气温
海口 17.1
采暖系统的类型
一、采暖的能源
燃煤 燃油 天然气 电能 太阳能 地热能
冬季 350～650W/m2
的
夏季 300～600W/m2
夏季 900～1000W/m2
采
暖
夜间：
加温温室
不加温温室
采暖系统 加温热量 100～300W/m2
地面放热量 20～30W/m2
第 三 章
农 业
日光温室
墙面放热量
设 施
30～50W/m地2 面放热量
的 采
20～30W/m2
暖
温室效应
太阳辐射 0.2～3mm
三
章 通风潜热损失
农
Qvl e Qs W