地面辐射采暖应用于温室大棚的策略研究.doc

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1、地面辐射采暖应用于温室大棚的策略研究摘要：温室大棚以其为植物生长提供适宜生存的气候小环境为主要目的。为达到这一目的，最主要的影响因素是如何保持温室大棚室内的温度。本文从温室大棚的自身特点出发，分析了利用碳纤维发热线地面辐射供暖的策略，供暖负荷的计算方法，地面供暖工程的结构工艺及供暖工程的控制策略。关键词：温室大棚；碳纤维；地面辐射供暖；负荷计算；结构工艺；控制策略1 研究背景随着世界经济的发展，人口的增长，人们对植物产品的数量和质量的要求愈来愈高，进而促进了温室大棚技术的发展。目前，伴随着我国经济的发展，生活水平的提高，人们对于反季节化、多样化、反地域化和超时令生产的植物蔬菜的需求越来越高1。

2、但我国目前的温室大棚技术发展的速度跟不上人们需求增长的速度，其中制约温室大棚栽培技术发展的主要因素在于如何创造适宜植物生长的温湿度条件。温室大棚又称太阳能温室，设计之初的目的就是以其利用太阳的能量提高塑料大棚内或玻璃房内的温度，为植物创造适宜生长的温度环境。但是，由于我国北方大部分地区冬季室外温度低，太阳辐射强度弱，同时温室大棚内还得保持一定量的通风次数，以上种种原因导致我国严寒、寒冷地区的温室大棚内必须采用一定的采暖方法才能保持适宜植物生长的室内温度。农作物的生长，一方面取决于农作物本身的遗传特性，另一方面也取决于外界环境因素2。只有在具有良好的遗传特性的前提下，同时具备适宜农作物生长的外界

3、环境因素，农作物才能健康发育。为农作物创建适宜生长的环境条件成为农作物能否健康生长的重要因素。地面辐射采暖系统是目前应用于建筑采暖行业效果较好的一种采暖方式。但地面辐射采暖系统不能简单的照搬到温室大棚中来。虽然在建筑行业和温室大棚中的地面辐射采暖系统都是为了创造人工小气候环境，但是二者的应用却是不同的。在建筑行业中，应用地面辐射采暖系统，是为了创造人们适宜生活的室内环境，其载热体是铺设在地板层的下部，固定在地面层以下，施工完成后基本不存在复杂的工作环境；而温室大棚中的地面辐射采暖系统则不同，其是为了创造适宜农作物生长的人工小环境，而且一般的温室大棚内每年还得耕种翻土，这就使得地面辐射采暖系统处

4、于极端复杂的工作环境下。地面辐射采暖系统应用于温室大棚时应从采暖负荷、施工工艺、温度控制等方面研究。2 采暖负荷计算2.1 温室大棚室内设计温度的选取：由于应用彩盒的不同，温室大棚的室内设计温度不应简单的采用民用建筑供暖通风与空气调节设计规范中的规定温度，还应参考中国农业百科全书：蔬菜卷中对不同蔬菜适宜生长温度的说明。一般的蔬菜作物在510的情况下，缓慢生长；在1020的情况下，正常生长；在2035的情况下，加速生长；在温度超过35时，农作物的生长将受到损害3。而农作物适宜生长的土壤温度同样有具体温度的要求。一般蔬菜的主根群深度不超过30厘米，适宜生长的温度在2030之间，由以上数据可以指导地

5、暖辐射供暖的设计温度和控制温度。2.2 采暖负荷计算温室大棚内需保持一定量的 浓度，提供植物光合作用所必须的，所以温室大棚内须有一定量的换气次数，取0.5次/h。温室大棚的采暖负荷包括围护结构的散热、土壤的散热、冷风渗透散热、通风换气散热和温室大棚顶棚辐射散热的总量4。其中，围护结构的散热量按下式计算：F围护结构的面积，m2；K围护结构的传热系数， W/（m2K）；tn温室大棚室内计算温度，；twn温室大棚室外计算温度，。其中，土壤的散热量按下式计算：冷风渗透散热量根据下式计算：顶棚的辐射换热量按下式计算：根据上述公式，计算出温室大棚所需的供暖负荷，在根据供暖负荷计算地面采暖工程所需的发热线条

6、数（以舍去的条数影响室内温度变化不超过2，否则进位）。3 施工工艺由于温室大棚的地面种植农作物，当进行地面辐射采暖工程时，其施工工艺需与普通的建筑工程中的施工工艺有所不同。温室大棚碳纤维发热线地面辐射采暖工程的示意图见图1。具体的施工工艺包括：在平整好的土壤基层上铺设3厘米厚的绝热保温层，绝热保温层采用聚氯乙烯挤塑板；在铺设好的保温层上按设计间距铺设碳纤维发热线，在铺设好的碳纤维发热线层表面铺设10厘米厚的沙土或煤灰层，起到固定碳纤维发热线和标示的左右，以防在耕种中破坏发热线；在铺设好的沙土或煤灰层表面铺设50厘米厚的耕种土壤。4 控制方式控制策略选用双温控制模式。由于该系统工程需要在保证土壤

7、层温度不超过35的前提下来保证室内温度。控制逻辑示意图见图2。选用双温型温度控制策略，一个温度计检测土壤层的温度，另一个温度计检测温室大棚室内的温度。编制控制程序，分别设定土壤层和室内的控制温度。当土壤层温度高于设定的控制温度时或者是室内温度高于设定的控制温度时，关闭发热装置，并返回检测仪器，否则发热线继续加热。当检测设备测试到土壤层温度和室内空气温度都低于各自的设定控制温度2或以上时，温度加热设备开启，否则返回。5 结论本文通过理论分析，研究了碳纤维发热线地面辐射采暖技术在温室大棚中的应用。温室大棚以其反季节、反地域性的特点，为人们提供了优质的蔬菜类产品。同时也能提高农村土地的利用率，是建设

8、社会主义新农村的支柱型产业。本文的主要结论包括以下几点：（1）根据温室大棚的自身特点，给出了计算温室大棚采暖负荷的计算方法及计算公式。（2）根据温室大棚的特点，给出了一种碳纤维发热线地面辐射采暖工程的工程工艺，以便指导实际工程的进行。（3）根据农作物适宜生长的温度范围，结合碳纤维发热线的特点，制定了用于温室大棚采暖工程的控制策略。参考文献1 果海凤.相变蓄热技术应用于温室大棚中的传热和节能特性研究D.北京工业大学，2008.2 刘峰.地源热泵和热管技术用于提高温室地温的研究A.中国农业机械学会.走中国特色农业机械化道路中国农业机械学会2008年学术年会论文集（下册）C.中国农业机械学会，2008，2.3 中国农业百科全书总编辑委员会.中国农业百科全书（蔬菜卷）M.北京：中国农业出版社，1996.4 章熙民，任泽霈.传热学M.北京：中国建工出版社，2001.4