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溫室設計遵循的熱平衡原理及計算方法

溫室是一個半封閉系統,它不斷地與外界進行能量與物質交換,根據能量守恒原理:蓄積于溫室內的熱量△Q為進入溫室內的熱量(Q)與散失的熱量(Qo)之差。

溫室內的熱量來自兩方面:一是太陽輻射能,另一部分是人工加溫及內部蓄熱。而熱量的支出則包括如下幾個方面:地面、覆蓋物、作物表面有效輻射失熱;以對流方式,溫室內土壤表面與空氣之間、空氣與覆蓋物之間熱量交換,并通過覆蓋物表面失熱;溫室內土壤覆蓋表面蒸發、作物蒸騰、覆蓋物表面蒸發,以潛熱形式失熱;通過排氣將顯熱和潛熱排出;土壤傳導失熱(圖3—2)。

綜上所述,可寫出溫室的熱量平衡方程式如下:

qr+qg=qf+qi+qc+qv+qs

式中

qr——人工加熱量;

qg——太陽熱能;

qc——對流傳導失熱量(顯熱部分);

qi——潛熱失熱量;

qs一一地中傳熱量;

qv——通風換氣熱量(包括顯 熱和潛熱兩部分)。

下面討論溫室熱支出的各種途徑。

1.貫流放熱

把透過覆蓋材料或圍護結構的熱量叫做溫室表面的貫流傳熱量(圖3—3)。

貫流傳熱量的表達式如下:

Qt=AWht(tr-to)

(3—2)

式中Qt——貫流傳熱量,kJ/h;

AW——溫室表面積,m2;

ht一一熱貫流率,kJ/(m2·h·℃);

tr一一溫室內氣溫;

to一溫室外氣溫。

熱貫流率的表達式為:

式中ar,aro,hr,hro——溫室內外的對流傳熱率和輻射傳熱率;

λ——導熱率;

d——材料厚度。

由式(3—2)可知,熱貫流Q就是由室內外溫差引起的,由室內流到室外的全部熱量。表3—1列出若干物質的熱貫流率。

2通過換氣放熱

溫室內自然通風或強制通風,建筑材料的裂縫,覆蓋物的破損,門、窗縫隙等,都會導致室內的熱量流失。

溫室內通風換氣失熱量包括顯熱失熱和潛熱失熱兩部分,顯熱失熱量的表達式如下:

Qv=R·V·F(tr一to)    (3—4)

式中Qv——整個設施單位時間的換氣失熱量;

R——每小時換氣次數(表3—2);

F一空氣比熱,F=1.3 kJ/(m2·h·℃);

V一設施的體積(m3)。

   3.土壤傳導失熱

土壤傳導失熱包括土壤上下層之間的傳熱和土壤橫向傳熱。垂直方向上的傳導失熱,可以用土壤傳熱方程表示:


綜上所述,不加溫的溫室內熱收支平衡,夜間室內空氣的熱量來源是地中供熱,熱量失散主要是貫流放熱和換氣放熱。據測定,不加溫溫室通過貫流放熱占總耗熱75%~80%,縫隙散熱也叫通換氣放熱,北方的溫室由于密封性好,占總耗熱量的5%~6%。土壤橫向熱傳導占總耗熱量13%~15%。


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