设施温棚采暖装置与计算

第一节　设施温棚采暖装置与计算

一、采暖

（一）温棚采暖目的和要求

在我国北方地区，自深秋至春季，为了使温棚设施内的气温、地温保持在作物生长发育的适宜范围内，就必须对温度进行补充加温、采暖。

采暖设施的基本要求如下：

一是采暖设备的容量应保持设施内的设定温度（地温及气温）；

二是设施内空间温度分布应均匀，随时间变化应平稳，因此要求采暖设备配置合理，调节能力高；

三是遮荫少、占地少，便于栽培作业操作；

四是设备投资少，加温费用低。

（二）温棚采暖的基本环节

首先要根据设施的结构、地理位置等因素进行最大采暖负荷的计算。其次，依据设施所在地及用途等具体条件确定采暖所用热媒。最后根据最大采暖负荷及采暖方式进行散热设备、管道及锅炉容量计算等。

二、温棚最大采暖负荷的计算

最大采暖负荷是采暖设计的基本数据，其大小直接影响到整个设施经济性。

（一）温棚采暖与通风换热

较为完整的采暖系统包括太阳能及其通过覆盖材料的透射、通风换热、冷风渗透热损失、与地面的热交换、作物生理生化能量的转换、.长波辐射、工作人员和设备产生的热量以及加热系统的供热等。但由于最大采暖负荷的计算是基于冬季凌晨的特定时刻，其中的许多因素都可以不考虑。在此时，没有太阳辐射，通风系统不工作。由于加热期的地面温度稳定于接近室内的空气温度，地面热交换很小，作物生理生化能量转换相对而言很微弱；除采暖系统外照明或其他设备也均不运行。这样，最大采暖负荷就可简化为用以平衡设施通过围护结构的传热和冷风渗透两项热损失的能量需求。

（二）热传导与耗热量

温棚或大棚通过其各个暴露表面的传热耗热量可用下式计算：

总传热耗热量为：Q₁=∑q₁=∑kF（t_n-t_w）（1-f_r）

（三）温棚冷风渗透耗热量

当在风压和热压造成的室内外压差作用下，室外的冷空气通过温棚的缝隙渗入室内，被加热后逸出。把这部分冷空气从室外温度加热到室内温度所消耗的热量，称为冷风渗透耗热量Q₂。影响冷风渗透耗热量的因素很多，如门窗的构造、朝向、室外风向和风速、室内外空气温度差等。对于温棚等园艺设施，在工程设计中，冷风渗透耗热量主要考虑风压的作用，可忽略热压的影响。

冷风渗透耗热量计算公式为：Q₂=0.00028NV（t_n-t_W）

推荐设计换气次数（N）

最大设计热负荷Q即为：Q=Q₁+Q₂

三、温棚采暖装置

（一）热水锅炉分类及型号

1.锅炉的分类　是将煤及其他燃料最大限度地转换为热能。按照组织燃烧过程的基本原理和特点，采暖锅炉所采用的燃烧设备可分如下三类。

（1）层燃炉。燃料被层铺在炉排上进行燃烧的炉子，也叫火床炉。是供热锅炉中采用得最多的一种燃烧设备，常用的有手烧炉、风力一机械抛煤机炉、链条炉以及往复炉排和振动炉排等多种形式。

（2）室燃炉。燃料随空气流喷人炉室呈悬浮状燃烧的炉子，另名悬燃炉，如燃用煤粉的煤粉炉；燃用液体、气体的燃油炉和燃气炉。

（3）沸腾炉。燃料在炉室中被由下而上送入的空气流托起，并上下翻腾而进行燃烧的炉子，是燃用劣质燃料颇为有效的一种燃烧方式。

2.锅炉的型号选择方法　锅炉的型号及选择原则是根据实际换热面积来确定，其容量、燃料供给等方面因素考虑。

（二）温棚采暖的方式及特点

温棚的采暖按热媒不同可分为热水式采暖系统、热风式采暖系统、电热采暖系统和其他型式采暖系统。

1.热水式采暖系统　热水采暖系统由热水锅炉、供热管道和散热设备三个基本部分组成。

对于大型的温棚热水锅炉一般选用目前的工业锅炉；少量的温棚则根据最大设计热负荷可选用一般的常压热水锅炉。

当地若有热电厂或其他热源的情况下，可不设锅炉，而直接加以利用，经济性较好，可降低投资费用。

热水采暖系统的工作过程为：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棚或大棚中，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，提高温棚的温度，冷却了的热水回到锅炉再重新被加热。

对于温棚等设施来讲，其热水采暖的系统型式大多为单层布置散热器，同程式采暖居多。布置该种系统管路时，可根据温棚的实际情况来布置。例如在日光温棚中，拱角部分散热量较大，可将系统回水管道布置在拱角部位，以弥补热量散失，提高温棚内空气温度的均匀性。

热水采暖系统运行稳定可靠，是目前最常用的采暖方式。其优点是温棚内温度稳定、均匀、系统热惰性大，节能；温棚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。

2.温棚热风式采暖系统　热风加温系统由热源、空气换热器、风机和送风管道组成。其工作过程为：由热源提供的热水通人空气换热器，室内空气用风机强迫流过空气换热器，吸收热水放出热量，被加热后进入温棚，如此不断循环就加热了整个温棚的空气。热风采暖系统的优点是：温度分布比较均匀，热惰性小，易于实现温度调节，设备投资少。缺点是：运行费用和消耗能量要高于热水采暖系统。当温棚较长时，风机一侧送风压头不够，可能送不到另一端，造成温度分布不均匀。

3.温棚电热采暖系统　电热采暖系统和前面两种采暖系统的区别是：其热能的制备、传输及释放均在同一设备上来完成。在电热采暖系统中，通过暖风机中的电加热器加热流过的室内空气，实现采暖的目的；其内部风管布置同热风采暖。相对热水采暖系统而言，电热采暖一次性投资较低，但运行费用要高于热水采暖系统。

4.温棚其他型式采暖系统

（l）火道采暖主要用于大棚中，作为一种简单的加温方式，取热源为家用取暖铸铁火炉或砖砌的炉灶，在大棚后背墙设一倾斜向上的烟筒，从大棚两端或顶部伸出棚外，依靠烟气流过烟筒时进行热量交换，进而加热室内空气。这种采暖方式管理不便，添煤频繁，而且在靠近炉体的地方可能发生烤坏作物的现象，棚内污染情况较严重。

（2）热风炉采暖热风炉采暖是近些年发展较快的一种采暖方式。根据所用能源不同，可分为燃煤热风炉、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。燃气式热风炉的设备装置最简单，造价最低。燃油热风炉的设备也比较简单，操作容易，自动化程度高，现有一些小型的燃油热风炉，完全实现电脑控制，设定好温度后，全部操作由电脑完成。燃油式设备造价也比较低，占地面积比较小，土建投资也低，但其运行费用较高，相同的热值比燃煤费用高3倍。燃煤式的设备相对燃油式和燃气式要大，管理复杂，但其运行费用最低。

（3）电热线采暖将电热线按一定的间距埋设在地下，依靠电热线放出热量来提高地温。电热线采暖方式通常是用来育苗。电加热部分主要是由电热加温线和控温仪组成。电热线铺放完毕后，将电热线的接头连在控温仪引出的电源线上，通电检查无误后，再断电，沿电热线埋一薄层土，轻轻踏实，固定好电热线，然后覆煤灰或沙土做标志层，再敷土。

（三）散热器的类型及选择

散热器是热水采暖系统中重要的散热设备。种类很多，有光管散热器、铸铁柱型散热器、铸铁圆翼散热器、热浸镀锌钢制圆翼散热器，温棚中多为光管散热器和铸铁散热器。

1.光管散热器及计算　光管散热器是由钢管制作而成，沿温棚四周布置，中柱亦布置钢管散热器。该种散热器一般按偶数布置，以便使供、回水管在同一位置，同时散热亦较均匀。沿四周布置可有效降低冷辐射，改善温棚内部环境。光管散热器的缺点是：遮荫较大，布置不合理时易影响管理。

光管散热器散热量Q（即为温棚最大设计负荷）可按下式计算

Q=A·KΔt·L

式中：Q为最大设计热负荷，W；

A为每米长光管的表面积，平方米

K为管道的传热系数，W/平方米℃

Δt为管道内热媒平均温度与室内温度之差，℃；

L为所需光管长度，米。

2.温棚铸铁柱型散热器　柱型散热器是呈柱状的单片散热器，每片各有几个中空的立柱相互连通。根据散热面积的需要，可把每个单片组装在一起形成一组散热器。柱型散热器根据立柱的多少主要可分为一柱、二柱和四柱三种型式。根据落地或挂墙安装方式，分为带脚和不带脚的两种型式。选择该种散热器时，可根据最大设计热负荷所选择的某种型号散热器单片散热量，计算出所需的片数。

3.温棚铸铁圆翼型散热器　圆翼型散热器是一根内径75毫米的管子，外面带有许多圆形肋片的铸件。管子两端配置法兰，可将数根管组成平行叠置的散热器组。管子长度为750毫米和1000毫米两种。

4.温棚热浸镀锌钢制圆翼型散热器　该类散热器是通过在钢管外绕环状镀锌翼片散热。此类散热器质轻、传热系数高。但其使用寿命较铸铁散热器短。在选择温棚内散热设备时，由于温棚内相对湿度较大，最好选择铸铁型散热器，其使用寿命增加。

四、温棚采暖设备容量计算和辅助配置

（一）热水锅炉容量和台数计算

当确定锅炉容量和台数时，应掌握下列几个原则。

1.锅炉的容量和台数，对用户负荷变化适应性强　应使锅炉经常处于经济负荷下运行，锅炉的经常负荷不应低于锅炉额定负荷的55%～65%。

2.锅炉容量和台数的确定　应有利于节省人力、物力和基建投资。

3.锅炉容量和台数，应保证供暖的安全可靠性　台数的本身应体现出有较高的备用率，一般不宜一台炉，至少有两台炉。

4.尽量选用同容量、同型号的锅炉设备　这样利于管理，提高管理人员操作水平和备件互换容易。对于单纯以采暖为目的的锅炉，其采暖平均热负荷为：

为采暖平均热负荷，W；

φ为采暖系数0.5～0.7

锅炉热负荷

（二）温棚燃料消耗量计算

采暖年热负荷按下式计算：D=24nQg

D为采暖年热负荷，W/年；

24为按三班制计算的每昼夜采暖小时数，当一或二班时，则分别以8、16代入，但D内尚需增加一部分空班时的保温用热负荷。

n为采暖天数。

锅炉年热负荷D₀=K·D=1.15·D

D₀为锅炉年热负荷，W/年。

年耗煤量（或重油量）

式中B₀—锅炉房年耗煤量，T/年；

1.1～1.2—考虑运输和使用上不均衡损耗等因素的富裕系数；

i″—供水热焓，kJ/kg；

i′—回水热焓，kJ/kg；

—煤或重油低位发热量，kJ/kg；

η—锅炉热效率，%。

（三）热水管路管径的确定

通常温棚采暖系统，其立一支管的管径常取DN20。干管的管径可根据其所负担的负荷大小进行简单确定。

（四）热风采暖送风方式

在热风采暖系统中，为了使温棚内温度分布均匀，要求送风机将热风均匀地分布在室内空间，即要求均匀送风，才能够保证其送风效果。保证均匀送风的条件：首先要保证各侧孔流出风量相等，同时使出口气流尽量垂直于管道的侧壁。目前温棚内均匀送风管道均采用等截面的塑料风管风管侧壁开孔，通过开孔间距的变化来实现均匀送风。关于均匀送风的计算可参见有关设计手册。