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温室设计遵循的热平衡原理及计算方法

温室是一个半封闭系统,它不断地与外界进行能量与物质交换,根据能量守恒原理:蓄积于温室内的热量△Q为进入温室内的热量(Q)与散失的热量(Qo)之差。

温室内的热量来自两方面:一是太阳辐射能,另一部分是人工加温及内部蓄热。而热量的支出则包括如下几个方面:地面、覆盖物、作物表面有效辐射失热;以对流方式,温室内土壤表面与空气之间、空气与覆盖物之间热量交换,并通过覆盖物表面失热;温室内土壤覆盖表面蒸发、作物蒸腾、覆盖物表面蒸发,以潜热形式失热;通过排气将显热和潜热排出;土壤传导失热(图3—2)

综上所述,可写出温室的热量平衡方程式如下:

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

式中

qr——人工加热量;

qg——太阳热能;

qc——对流传导失热量(显热部分)

qi——潜热失热量;

qs一一地中传热量;

qv——通风换气热量(包括显 热和潜热两部分)

下面讨论温室热支出的各种途径。

1.贯流放热

把透过覆盖材料或围护结构的热量叫做温室表面的贯流传热量(图3—3)

贯流传热量的表达式如下:

Qt=AWht(tr-to)

(3—2)

式中Qt——贯流传热量,kJ/h

AW——温室表面积,m2

ht一一热贯流率,kJ/(m2·h·℃)

tr一一温室内气温;

to一温室外气温。

热贯流率的表达式为:

式中ar,aro,hr,hro——温室内外的对流传热率和辐射传热率;

λ——导热率;

d——材料厚度。

由式(3—2)可知,热贯流Q就是由室内外温差引起的,由室内流到室外的全部热量。表3—1列出若干物质的热贯流率。

2通过换气放热

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。

温室内通风换气失热量包括显热失热和潜热失热两部分,显热失热量的表达式如下:

Qv=R·V·F(tr一to)    (3—4)

式中Qv——整个设施单位时间的换气失热量;

R——每小时换气次数(表3—2)

F一空气比热,F=1.3 kJ/(m2·h·℃)

V一设施的体积(m3)

   3.土壤传导失热

土壤传导失热包括土壤上下层之间的传热和土壤横向传热。垂直方向上的传导失热,可以用土壤传热方程表示:


综上所述,不加温的温室内热收支平衡,夜间室内空气的热量来源是地中供热,热量失散主要是贯流放热和换气放热。据测定,不加温温室通过贯流放热占总耗热75%~80%,缝隙散热也叫通换气放热,北方的温室由于密封性好,占总耗热量的5%~6%。土壤横向热传导占总耗热量13%~15%。


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